[发明专利]氮化镓高电子迁移率晶体管小信号电路模型参数提取方法

摘要

本发明公开一种氮化镓高电子迁移率晶体管小信号电路模型参数提取方法，主要解决现有技术提取寄生电感会由于正向大栅压对器件造成损伤、提取寄生电容时需要人工调谐和优化参数不符合物理结构的问题。其技术方案是基于传统提取寄生电容的基础，在低频冷偏截止态等效电路中引入寄生电感，利用线性回归方法同时提取出寄生总电容和寄生电感，结合实际物理结构优化搜索出寄生电容，并结合未偏置时测试的散射参数和正常工作时的散射参数，分别提取出寄生电阻和本征参数。本发明在测试过程中对器件没有损伤，且不需要人工调谐，提取参数效率较高，适用频段宽。本发明得到的模型参数不仅能直接用于建立器件的小信号等效电路模型，也能用于小信号电路设计。

主权项

1.一种氮化镓高电子迁移率晶体管小信号电路模型参数提取方法，包括寄生电容和寄生电感、寄生电阻和本征参数的提取，其特征在于：(1)提取寄生电容和寄生电感：(1a)量测被建模器件的夹断冷偏态散射参数S1，并将其转换为夹断冷偏态阻抗参数Z3，分别拟合出阻抗参数Z3中输入阻抗、转移阻抗以及输出阻抗和角频率乘积的虚部与角频率平方的3条直线关系，得到夹断冷偏态下直线的斜率值分别为K1、K2、K3，截距的绝对值分别为α，β，γ；(1b)对传统低频时夹断冷偏态电路模型的导纳参数Y1进行求逆变换得到其阻抗参数Z1，在其阻抗参数Z1中引入栅极串联电感Lg、源极串联电感Ls、漏极串联电感Ld，得到引入各寄生电感后的阻抗参数Z2，在其两端同时乘以角频率ω，再取虚部得到三个线性方程组：式<1>中，Im表示取虚部，ω为角频率，Z211代表引入寄生电感后的输入阻抗，M＝Cgso×Cdso+Cgd×Cgso+Cgd×Cdso，Cdso为漏‑源分支总电容，Cdso＝Cpd+Cds，Cpd为漏极电极电容，Cds为漏源电容，Cgd为栅漏电容，Cgso为栅‑源分支总电容，Cgso＝Cpg+Cgs，Cgs为栅源电容，Cpg为栅极电极电容，Z212代表引入寄生电感后输入开路时的转移阻抗，Z221代表引入寄生电感后输出开路时的转移阻抗，Z222代表引入寄生电感后的输出阻抗；(1c)将式<1>与测量数据得到的拟合直线进行线性回归处理，即由拟合直线的斜率计算出寄生电感值，由拟合直线的截距得到寄生电容值，其中寄生电感包括栅极串联电感Lg、源极串联电感Ls和漏极串联电感Ld，寄生电容包括漏极电极电容Cpd和栅极电极电容Cpg；(2)提取寄生电阻：(2a)量测被建模器件的无偏置态散射参数S2，并将其转换为无偏置态导纳参数Y2剥离掉寄生电容后，得到剥离寄生电容后的导纳参数Y3；将该导纳参数Y3再转换为无偏置态剥离寄生电容后的阻抗参数Z4，并分别拟合出该阻抗参数Z4中输入阻抗、转移阻抗以及输出阻抗的三个实部和角频率平方的乘积与角频率平方的3条直线关系，得到未加偏置态下直线的斜率值分别为K4、K5、K6；(2b)对未加偏置态下并剥离寄生电容后的等效电路模型的阻抗参数Z5取实部，并在等式两端同时乘以角频率的平方得到如下直线方程组：式<2>中，Re代表取实部，Z511是未加偏置态剥离寄生电容后的输入阻抗，Rs为源极电阻，Rch为沟道电阻，Rg为栅极电阻，Z512是未加偏置态剥离寄生电容后输入开路时的转移阻抗，Z522是未加偏置态剥离寄生电容后的输出阻抗，Rd为漏极电阻；(2c)拟合出步骤(1a)中夹断冷偏态阻抗参数Z3中转移阻抗的实部和角频率平方的乘积与角频率平方的1条直线关系，得到夹断冷偏态下直线斜率值为K7；对夹断冷偏态等效电路模型的阻抗参数Z6取实部，并在等式两端同时乘以角频率的平方得到直线方程ω2Re(Z612)＝ω2Rs，Z612是夹断冷偏态输入开路时的转移阻抗；(2d)将步骤(2b)和步骤(2c)线性方程组与测量数据得到的拟合直线进行线性回归处理，即由该拟合直线的斜率值计算得到寄生电阻值，其中寄生电阻包括栅极电阻Rg、漏极电阻Rd和源极电阻Rs；(3)提取本征参数：(3a)量测被建模器件正常工作时的散射参数S3，利用去嵌入技术，剥离寄生元件，得到本征网络导纳参数Y6的表达式如下：式<3>中，Y611为本征网络的输入导纳，j为虚部单位，Ri为栅源电阻，Rgd为栅漏电阻，Y612为本征网络输入短路时的转移导纳，gm为跨导，t为延迟因子，Y621为本征网络输出短路时的转移导纳，Y622为本征网络的输出导纳，Rds为源漏电阻；(3b )对式<3>进行变换，得到本征参数表达式如下：式<8>中，arctan表示反正切函数，||表示取模运算；(3c )对式<8>分别进行求解，得到本征参数，即源漏电阻Rds，栅漏电阻Rgd，栅源电阻Ri，漏源电容Cds，栅漏电容Cgd，栅源电容Cgs，跨导gm，延迟因子t。