石墨烯高频特性模型及其参数提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电化学领域，具体涉及一种石墨烯高频特性模型及其参数提取方法。
【背景技术】
[0002] 由于石墨烯优良的特性，逐渐被电化学领域的人员关注。但现有技术中缺少对石 墨烯的高频特性进行建模以及提参的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0004] 为此，本发明的第一个目的在于提出一种石墨烯高频特性模型。
[0005] 本发明的第二个目的在于提出一种石墨烯高频特性模型的参数提取方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种石墨烯高频特性模型，包括:石墨 烯本征模型，所述石墨烯本征模型包括四个本征单元，四个所述本征模型单元之间串联，每 个所述本征模型单元均包括第一石墨烯体电阻、第一石墨烯动能电感和第一量子电容，所 述第一石墨烯体电阻和所述第一石墨烯动能电感串联;第一金属接触模型，包括第一接触 电阻和第一结电容，所述第一接触电阻和所述第一结电容并联，所述第一接触电阻和所述 第一结电容并联的节点与四个串联的所述本征单元的一端处的本征单元连接;第二金属接 触模型，包括第二接触电阻和第二结电容，所述第二接触电阻和所述第二结电容并联，所述 第二接触电阻和所述第二结电容并联的节点与四个串联的所述本征单元的另一端处的本 征单元连接;接地耦合模型，所述接地耦合模型包括三个接地耦合单元，每个所述接地耦合 单元包括第一等效电容、第二等效电容、第三等效电容和第一等效电阻，其中，所述第一等 效电容通过所述第一量子电容连接在两个相邻的所述本征单元之间的节点上，所述第三等 效电容和所述第一等效电阻并联，所述第三等效电容和所述第一等效电阻并联的节点通过 第二等效电容连接在两个相邻的所述本征单元之间的节点上；以及两端耦合模型，所述两 端耦合模型包括第四等效电容、第五等效电容和第二等效电阻，其中，所述第四等效电容与 所述第一接触电阻和所述第一结电容并联的节点连接，所述第五等效电容和所述第二等效 电阻并联，所述第五等效电容和所述第二等效电阻并联的一端与所述第四等效电容连接， 另一端与所述第二接触电阻和所述第二结电容并联的节点连接。
[0007] 根据本发明实施例的石墨稀高频特性模型，能准确地反映石墨稀的高频特性、親 合特性。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种石墨烯高频特性模型的提参方 法，包括上述石墨稀高频特性模型和石墨稀本体，分别对石墨稀本体进行测试，对石墨稀高 频特性模型进行仿真，得到表征所述石墨烯高频特性模型和所述石墨烯本体的高频特性的 参数，所述参数包括Y参数、等效电感和等效电阻，并求出所述石墨烯高频特性模型和所述 石墨烯本体的对应参数之间的差值;采用群智能优化算法，调整所述石墨烯高频特性模型 中的元件参数，直至所述差值达到最小值，或小于预设的阈值，其中，最终差值对应的所述 石墨烯高频特性模型中的元件参数就是所述石墨烯高频特性模型最终的元件参数。所述分 别对所述石墨稀本体进行测试，对所述石墨稀高频特性模型进行仿真，得到所述石墨稀高 频特性模型和所述石墨烯本体的表征高频特性的参数间的差值通过以下公式得到：
[0009]
[0010] 其中，y12代表所述石墨烯本体和所述石墨烯高频特性模型的Y参数中的Y12部分， Ll2代表所述石墨稀本体和所述石墨稀高频特性模型的等效电感，Rl2代表所述石墨稀本体 和所述石墨稀高频特性模型的等效电阻，下标s im代表模型仿真得到的参数，下标measure 代表石墨烯测试得到的参数，下标i和j分别代表第i个和第j个频率点出的参数值，α为yl2 部分差值对整体差值的贡献加权值，β为等效电感差值和等效电阻差值对整体差值的贡献 加权值，α和β均大于等于0小于等于1。
[0011] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0012] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0013] 图1是本发明一个实施例的石墨烯高频特性模型的电路示意图；
[0014] 图2是本发明一个实施例的石墨烯高频特性模型的提参方法的流程图。
[0015] 图3A-3C是本发明一个实施例的石墨烯高频特性模型的建模结果图。
【具体实施方式】
[0016] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0017]在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。
[0018] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可 以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0019] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0020] 以下结合附图描述根据本发明实施例的石墨烯高频特性模型。
[0021] 图1是本发明一个实施例的石墨烯高频特性模型的电路示意图。请参考图1，石墨 烯高频特性模型包括石墨烯本征模型、第一金属接触模型、第二金属接触模型、接地耦合模 型和两端耦合模型。
[0022] 石墨烯本征模型，所述石墨烯本征模型包括四个本征单元，四个所述本征模型单 元之间串联，每个所述本征模型单元均包括第一石墨烯体电阻Rc、第一石墨烯动能电感U和 第一量子电容C q。所述第一石墨烯体电阻和所述第一石墨烯动能电感串联。本征模型分为 四段，用三个第一量子电容Cq代表石墨烯量，是由于石墨烯尺寸较大，在频率很高时，需要 考虑分布式效应，将模型分为两段不够充分，而且不能简单用一个等效电容代替整体电容； 将模型分为四段，且用三个电容分别代表石墨烯量子电容，能更准确的反映石墨烯的高频 特性，具体来看，就是模型仿真结果与测试结果能更好地拟合。
[0023]第一金属接触模型，包括第一接触电阻Rc和第一结电容Cc。第一接触电阻Rc和第一 结电容Cc并联的节点与四个串联的本征单元的一端处的本征单元连接。
[0024]第二金属接触模型，包括第二接触电阻Rc和第二结电容Cc。第二接触电阻Rc和第二 结电容Cc并联的节点与四个串联的本征单元的另一端处的本征单元连接。
[0025] 接地耦合模型包括三个接地耦合单元，每个所述接地耦合单元包括第一等效电容 CE、第二等效电容Cl、第三等效电容C2和第一等效电阻Rsl。第一等效电容Cl通过第一量子电 容Cq连接在两个相邻的本征单元之间的节点上。第三等效电容C2和第一等效电阻Rsl并联， 第三等效电容C2和第一等效电阻Rsl并联的节点通过第二等效电容Cl连接在两个相邻的本 征单元之间的节点上。
[0026] 具体地，第一等效电容Ce代表石墨烯与金属地通过空气耦合形成的等效电容，第 二等效电容Cl代表石墨烯与衬底耦合形成的等效电容，第三等效电容C2代表衬底与金属地 耦合形成的等效电容，第一等效电阻Rsl代表石墨烯对应衬底位置与金属地对应衬底位置 之间的等效电阻。通过上述结构，一方面，石墨烯与金属地之间通过空气有耦合，石墨烯与 金属地之间通过衬底也有耦合用CE描述石墨烯与金属地通过空气的耦合，用Cl，C2，Rsl描 述石墨稀与金属地通过衬底的親合，能更准确地反映石墨稀的高频寄生情况;另一方面，石 墨烯尺寸较大，在频率很高时，需要考虑分布式效应，简单将石墨烯与金属地的耦合等效为 一个电阻电容网络（文章模型中