专利名称：InP HBT小信号模型的参数提取方法
技术领域：
本发明属于微电子器件技术领域，涉及参数的提取方法，尤其涉及一种InP HBT小信号模型的参数提取方法，可用于集成电路的设计。
背景技术：
InP HBT是指磷化铟异质结双极型晶体管，这种器件具有频率特性好、击穿电压高等特点，近年来得到了深入的研究，器件特性得到了很大的提高。由于InP HBT优越的特性，在高速数字电路，微波毫米波电路和数模混合电路中有着广泛的应用。随着InP HBT应用的不断开拓，建立精确的小信号模型以及快速精确的参数提取方法，对InP HBT的电路设计具有十分重要的意义。同时，HBT小信号模型也是建立大信号模型的基础。小信号模型参数由InP HBT小信号模型的拓扑结构决定的，而InP HBT的拓扑结构表征了器件本身的物理特性，也就是每一个小信号模型参数都具有物理意义，这些参数包括寄生参数、本征参数和外部电阻参数。其中，寄生参数包括:基极寄生电阻Rbpad，集电极寄生电阻R(；pa(i，发射极寄生电阻R(；pad，基极寄生电感Lbpad,集电极寄生电感Lepad,发射极寄生电感Lepad,集-射结寄生电容CPM，基-射结寄生电容Cpbe,基-集结寄生电容Cpb。；本征参数包括:基-射结电容Cbe，基-集结内电容Cbcd，基-集结外电容Cbc;x，基极内电阻Rbi，基-射结动态电阻Rbe，基-集结动态电阻Rb。；互导gm(l，延迟时间τ ;外部电阻参数包括:发射极电阻R6，基极外电阻Rb，集电极电阻R。。所述的寄生参数和外部电阻参数均与偏置无关，而本征参数与偏置有关。目前，已有不少有关InPHBT小信号模型参数提取方法的报道。这些提取方法归纳起来大致可以分为数值优化法和直接提取法两大类。数值优化法可以借助于计算机辅助软件来实现，模型参数完全通过数值分析和最优化得到，但是计算量很大，而且提取结果与实验结果相差明显；直接提取 法在确定的模型拓扑基础上推导其散射参数S、阻抗参数Z和导纳参数Y表达式，并在此基础上对相关表达式做出不同的近似和假设，以实验数据为依据提取模型参数，提取的参数有简明清晰的物理意义，并且具有比较好的精度和较宽频带范围的适用性，但是传统的直接提取法推导参数的过程比较繁琐，造成InP HBT小信号模型参数的不能精确、快速的提取，影响电路设计和大信号模型的建立。
发明内容
针对以上的不足，本发明提出了一种磷化铟异质结双极型晶体管小信号模型的参数提取方法，以简化推导参数的过程，提高小信号模型参数的提取速度和精度。为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤:(I)采用开路结构和短路结构提取寄生参数:(Ia)分别测量InP HBT器件在开路焊点结构下的散射参数Stj和在短路焊点结构
下的散射麵Ss，其中& ο^12I;
^an J V a^sziJ
(Ib)利用散射参数计算器件的寄生参数:(Ibl)通过网络参数变换公式对开路焊点结构下测量出的散射参数Stj进行变换，得到开路焊点结构下的导纳参数 的元素进行加减运算并取虚部，
计算出InP HBT器件的集-射结寄生电容Cpm，基-射结寄生电容Cpbe和基-集结寄生电容Cpbc ;(lb2)利用短路焊点结构下的散射参数Ss，通过网络参数变换公式将其变换得到
短路焊点结构下的导纳参数:
权利要求
1.(I)采用开路结构和短路结构提取寄生参数: (Ia)分别测量InP HBT器件在开路焊点结构下的散射参数Stj和在短路焊点结构下的散射参数Ss，其中
2.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(Ibl)所述的通过网络参数变换公式对开路焊点结构下测量出的散射参数Stj进行变换，得到开路焊点结构下的导纳参数:
3.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(Ibl)所述的计算出InP HBT器件的集-射结寄生电容Cpm，基-射结寄生电容Cpbe和基-集结寄生电容Cpb。，按如下步骤进行: 首先，由InP HBT器件开路焊点结构下的等效电路，得到开路焊点结构下的导纳参数Y’ 0的矩阵式为:
4.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于所述步骤(lb2)中的通过网络参数变换公式对短路焊点结构下测量出的散射参数Ss进行变换，得到短路焊点结构下的导纳参数Ys，通过网络参数变换公式将新的导纳参数Ym变换得到新的阻抗参数ZS()，按如下步骤进行: (lb21)根据焊点结构下测量出的散射参数Ss，通过如下网络参数变换公式求出导纳参数矩阵式Ys中每个元素，即:
5.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(lb2)所述的计算出InP HBT器件的基极寄生电阻Rbpad，集电极寄生电阻Rciad，发射极寄生电阻Repiid，及基极寄生电感Lbpad，集电极寄生电感Lepad,发射极寄生电感Lepad,按如下步骤进行: (lb23)由InP HBT器件开路焊点结构下的等效电路和短路焊点结构下的等效电路，得到阻抗参数z’ SQ的矩阵式为:
6.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(2)所述的去除步骤(I)中计算出的寄生参数，得到完整模型去除寄生参数后的阻抗参数Zc，通过如下步骤进行: (2al)根据完整模型的散射参数Sa，通过如下网络参数变换公式求出导完整模型的导纳参数Ya中每个元素，即:
7.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(2)所述的使InP HBT器件器件处于集电极开路状态，通过对集电极开路状态下的等效电路分析，以及对集电极开路状态下的阻抗参数Z。的元素进行加减运算并取实部，计算得到InP HBT器件的发射极外电阻&，基极外电阻Rb，集电极外电阻R。，按如下步骤进行: (2bl)由InP HBT器件处于集电极开路状态下的等效电路，得到集电极开路状态下的阻抗参数z’ c的矩阵式为:
8.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(3a)所述的去除步骤(2)中计算出的外部电阻参数，按如下步骤进行: (3al)将剥离寄生参数后的阻抗参数Z。减去由外部电阻参数组成的矩阵得到本征部分的阻抗参数Zin，即:(Rh +R R \ r-7ryOββ / - Ζ, -.式中，Re是发射极外电阻，Rb是基极外电阻，Rc是集电极外电阻； (3a2)对本征部分的阻抗参数Zin求逆，得到本征部分的导纳参数=Yin=Zin'
9.根据权利要求1所述的InPHBT小信号模型的参数提取方法，其特征在于步骤(3b)所述的采用层层剥离的方法计算出InP HBT器件的基-射结电容Cte，基-集结内电容Cbc;i，基-集结外电容Cbc;x，基极内电阻Rbi，基-射结动态电阻Rbe，基-集结动态电阻Rb。，互导gm(l，延迟时间τ，按如下步骤进行: (3bl)由InP HBT器件本征部分等效电路，得到本征部分的导纳参数Y’in的矩阵式为:r\ = [r",n fM2)，其中:m21 1 ιηΠ I
全文摘要
本发明公开了一种InP HBT小信号模型的参数提取方法，主要解决现有技术的提取过程繁杂、提取结果不够精确的问题。其技术方案是，采用开路焊点结构和短路焊点结构，对等效电路分析，进行寄生参数的提取；采用集电极开路状态，对等效电路分析，进行外部电阻参数的提取；运用电路网络理论，分析InP HBT器件本征部分的散射参数S、阻抗参数Z、导纳参数Y；采用层层剥离的方法，为每一个本征模型参数确定一个固定的表达式，进行提取本征参数。本发明具有提取参数精确、快速且直观的优点。仿真结果表明，本发明提取的小信号模型结果与实际器件测试结果的散射参数S能很好的拟合，可用于指导电路设计以及确定大信号模型外围电路。
文档编号G06F17/50GK103077290SQ20131002804
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者吕红亮, 周威, 张金灿, 张玉明, 张义门, 刘一峰 申请人:西安电子科技大学