一种InP基太赫兹HEMT晶体管小信号模型

技术特征：
1.一种inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，包括：寄生元件与本征元件，其特征在于，所述寄生元件包括：栅极外部寄生电阻r
g1
、栅极中部寄生电阻r
g2
、栅极内部寄生电阻r
g_finger
、栅极外部寄生电容c
g
、栅极中部寄生电容c
gs_in
、栅极内部寄生电容c
gs_finger
、栅极寄生电感l
g_finger
、漏极外部寄生电阻r
d1
、漏极中部寄生电阻r
d2
、漏极内部寄生电阻r
d_finger
、漏极外部寄生电容c
d
、漏极中部寄生电容c
ds_in
、漏极内部寄生电容c
ds_finger
、漏极寄生电感l
d_finger
、栅漏寄生电容c
gd_finger
、源极寄生电感l
s
、源极趋肤效应阻抗z
rf
；其中，所述栅极外部寄生电阻r
g1
连接于外部栅极节点g与中部栅极节点g1之间，所述栅极中部寄生电阻r
g2
与栅极外部寄生电容c
g
串联后连接于中部栅极节点g1与外部源极节点s之间，所述栅极内部寄生电阻r
g_finger
与漏极寄生电感l
d_finger
串联后连接于中部栅极节点g1与本征栅极节点g2之间，所述栅极中部寄生电容c
gs_in
连接于中部栅极节点g1与本征源极节点s1之间，所述栅极内部寄生电容c
gs_finger
连接于本征栅极节点g2与本征源极节点s1之间，所述漏极外部寄生电阻r
d1
连接于外部漏极节点d与中部漏极节点d1之间，所述漏极中部寄生电阻r
d2
与漏极外部寄生电容c
d
串联后连接于中部漏极节点d1与外部源极节点s之间，所述漏极内部寄生电阻r
d_finger
与漏极寄生电感l
d_finger
串联后连接于中部漏极节点d1与本征漏极节点d2之间，所述漏极中部寄生电容c
ds_in
连接于中部漏极节点d1与本征源极节点s1之间，所述漏极内部寄生电容c
ds_finger
连接于本征漏极节点d2与本征源极节点s1之间，所述栅漏寄生电容c
gd_finger
连接于本征栅极节点g2与本征漏极节点d2之间，所述源极寄生电感l
s
与源极趋肤效应阻抗z
rf
串联后连接于外部源极节点s与本征源极节点s1之间。2.根据权利要求1所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，所述本征元件包括：栅源本征电容c
gs
、栅源本征电阻r
i
、栅漏本征电容c
gd
、栅漏本征电阻r
gd
、漏源本征电容c
ds
、漏源本征电阻r
ds
以及电压控制电流源vccs，其中，所述栅源本征电容c
gs
与栅源本征电阻r
i
串联后连接于本征栅极节点g2与本征源极节点s1之间，所述栅漏本征电容c
gd
与栅漏本征电阻r
gd
串联后连接于本征栅极节点g2与本征漏极节点d2之间，所述漏源本征电容c
ds
、漏源本征电阻r
ds
与电压控制电流源vccs并联后连接于本征漏极节点d2与本征源极节点s1之间。3.根据权利要求1所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，所述寄生元件中寄生参数的分步提取过程为：步骤1、在三维电磁仿真软件中，对晶体管的部分结构进行建模，包括：衬底部分，位于衬底下表面的背金部分，位于衬底上表面的介质层部分，位于介质层上表面的栅极传输线部分与漏极传输线部分；然后在全频段内对晶体管进行二端口三维电磁仿真，计算z参数，进而根据z参数计算得到栅极外部寄生电阻r
g1
与栅极中部寄生电阻r
g2
的总电阻r
tg
、栅极外部寄生电容c
g
、漏极外部寄生电阻r
d1
与漏极中部寄生电阻r
d2
的总电阻r
td
、漏极外部寄生电容c
d
；步骤2、在三维电磁仿真软件中，对晶体管部分结构进行建模，包括：衬底部分，位于衬底下表面的背金部分，位于衬底上表面的介质层部分，位于介质层上表面的单个源极部分及源极接地孔；然后在全频段对晶体管进行单端口三维电磁仿真，计算z参数，进而根据z参数计算得到源极寄生电感l
s
、源极趋肤效应阻抗z
rf
；步骤3、在三维电磁仿真软件中，对晶体管部分结构进行建模，包括：衬底部分，位于衬底下表面的背金部分，位于衬底上表面的介质层部分，位于介质层上表面的栅极传输线部
分、漏极传输线部分、两个源极部分及源极接地孔；然后在全频段对晶体管进行二端口三维电磁仿真，计算y参数，进而根据y参数计算得到栅极中部寄生电容c
gs_in
、漏极中部寄生电容c
ds_in
；步骤4、在三维电磁仿真软件中，对晶体管完整结构进行建模，包括：衬底部分，位于衬底下表面的背金部分，位于衬底上表面的介质层部分，位于介质层上表面的栅极传输线部分、栅指部分、漏极传输线部分、漏极金属条部分、两个源极部分及源极接地孔；然后在全频段对晶体管进行二端口三维电磁仿真，计算y参数，进而根据y参数计算得到栅漏寄生电容c
gd_finger
、漏极内部寄生电容c
ds_finger
、栅极内部寄生电容c
gs_finger
；步骤5、设置：r
g1
=λr
tg
、r
g2
=(1-λ)r
tg
，r
d1
=φr
td
、r
d2
=(1-φ)r
td
，λ与φ均为取值范围在0~1之间的分配比例，λ与φ的初始值设置为0.5；同时，设置栅极内部寄生电阻r
g_finger
、栅极寄生电感l
g_finger
、漏极内部寄生电阻r
d_finger
、漏极寄生电感l
d_finger
的初始值为0；按照寄生代价函数对所有寄生参数进行优化，得到最终寄生参数。4.根据权利要求3所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，步骤1中，栅极外部寄生电阻r
g1
与栅极中部寄生电阻r
g2
的总电阻r
tg
、栅极外部寄生电容c
g
、漏极外部寄生电阻r
d1
与漏极中部寄生电阻r
d2
的总电阻r
td
、漏极外部寄生电容c
d
满足以下方程：满足以下方程：满足以下方程：满足以下方程：其中，z
11
、z
22
依次表示z参数中对应项，f表示频率，f
max
表示最高频率。5.根据权利要求3所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，步骤2中，源极寄生电感l
s
、源极趋肤效应阻抗z
rf
满足以下方程：满足以下方程：满足以下方程：其中，z
11
表示z参数中对应项，f表示频率，f
max
表示最高频率。
6.根据权利要求3所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，步骤3中，栅极中部寄生电容c
gs_in
、漏极中部寄生电容c
ds_in
满足以下方程：满足以下方程：其中，y
11
、y
22
依次表示y参数中对应项，f表示频率，f
min
表示最低频率。7.根据权利要求3所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，步骤4中，栅漏寄生电容c
gd_finger
、漏极内部寄生电容c
ds_finger
、栅极内部寄生电容c
gs_finger
满足以下方程：程：程：其中，y
11
、y
22
、y
12
依次表示y参数中对应项，f表示频率，f
min
表示最低频率。8.根据权利要求3所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，步骤5中，寄生代价函数为：其中，j
i,j
与k
i,j
均为预设权重，s
a
(i,j)表示寄生元件的电路仿真结果，s
b
(i,j)表示三维电磁仿真结果。9.根据权利要求2所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，所述本征元件的本征参数的提取过程为：在全频段内测量晶体管在全部偏置条件下的s参数，并由s参数计算得到对应的y参数；基于已知寄生参数，对晶体管全频段测试y参数进行去嵌，得到本征y参数y
int
；栅源本征电容c
gs
、栅源本征电阻r
i
、栅漏本征电容c
gd
、栅漏本征电阻r
gd
、漏源本征电容c
ds
、漏源本征电阻r
ds
、电压控制电流源vccs满足以下方程：
其中，g
m
表示电压控制电流源vccs的跨导，ω表示角频率，τ表示电压控制电流源vccs的延时；再按照本征代价函数对所有本征参数进行优化，得到最终本征参数。10.根据权利要求9所述inp基太赫兹hemt晶体管小信号模型，其特征在于，所述本征代价函数为：其中，j
i,j
与k
i,j
为预设权重，s
c
(i,j)表示小信号模型的电路仿真结果，s
d
(i,j)表示测试结果。

技术总结
本发明属于半导体器件领域，具体提供一种InP基太赫兹HEMT晶体管小信号模型，用以解决传统小信号模型中寄生参数元件缺乏物理意义、未考虑趋肤效应的问题。本发明通过模型中寄生元件的创造性设计，各个寄生元件具有明确的物理意义，且接地孔引入趋肤效应阻抗；同时，按照递进关系将晶体管几何图形组合为4组，对应4个寄生元件子模型，通过三维电磁场仿真软件对4组几何图形进行分步建模仿真，基于仿真结果依次提取对应各个寄生元件的参数值；基于此，本发明能够有效节省了建模时间，并显著提高了小信号模型的模拟精度；另外，与传统小信号模型相比，本发明中寄生元件数量增加，能够有效提高小信号模型的模拟精度。高小信号模型的模拟精度。高小信号模型的模拟精度。


技术研发人员：陈阳 孙文杰 方恒 赖娴 张勇 延波
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2022/11/11