一种新型晶体管小信号等效电路模型制造技术

本发明专利技术公开了一种新型晶体管小信号等效电路模型，其特征在于，该模型的寄生部分包含极内寄生电容元件，本征部分包含本征电感元件。晶体管属于场效应晶体管时，极内寄生电容元件包含于栅极寄生单元、漏极寄生单元、源极寄生单元中的一者、两者或三者，本征电感元件包含于栅源极间本征单元、栅漏极间本征单元、漏源极间本征单元中的一者、两者或三者；晶体管属于双极型晶体管时，极内寄生电容元件包含于基极寄生单元、集电极寄生单元、发射极寄生单元中的一者、两者或三者，本征电感元件包含于基极发射极极间本征单元、基极集电极极间本征单元、集电极发射极极间本征单元中的一者、两者或三者。该等效电路模型可以提高仿真同测试结果的拟合精度。

【技术实现步骤摘要】
一种新型晶体管小信号等效电路模型所属
本专利技术涉及晶体管的器件模型，特别是晶体管的小信号等效电路模型。
技术介绍
晶体管模型主要包括两大类型，物理模型和等效电路模型。其中，等效电路模型是对晶体管进行模拟仿真的一种通用、有效的模型，建立准确的等效电路模型是电路设计成功的关键，也是提高电路性能、缩短研制周期、提高设计成功率和成品率、降低研制生产成本的核心因素。晶体管主要分为两大类:场效应晶体管和双极型晶体管。虽然两者的工作机制有所不同，但两者的小信号等效电路模型仍有很多相似之处。其中，场效应晶体管包括金属-氧化物-半导体晶体管(MOSFET)、金属-半导体晶体管(MESFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)，以及赝高电子迁移率晶体管(PHEMT)等。双极型晶体管包括同质结双极型晶体管(BJT)和异质结双极性晶体管(HBT)。本专利技术主要是针对晶体管的小信号等效电路模型，特别是在晶体管工作频率升高了之后，提出针对闻频工作下晶体管的闻级寄生效应，包括极内寄生电容效应和本征电感效应，从而实现对晶体管的闻精度仿真。以下，我们通过对场效应晶体管和双极晶体管两大类传统模型技术的分析，介绍传统晶体管小信号等效电路模型所没有考虑的某些高频寄生效应，并说明本专利技术思想的新颖性。随着晶体管制备技术的进步，晶体管的工作频率一直在提升。传统等效电路模型主要针对低频下的物理效应，将无法精确表达高频下的寄生效应。例如，在低频下一段导线可以用电阻来表征，但在高频下电流将产生趋肤效应，从而导致寄生电容、电感的高级效应。针对场效应晶体管的传统小信号等效电路模型，专利技术专利(Roger S.Tsal，“SEM1-PHYSICAL MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY SMALL SIGNAL EQUIVALENT CIRCUITMODELS”，US200200077258A1, Jan.17，2002，参考专利 I)提出了一种 HEMT 小信号等效电路模型半物理建模方法。该专利技术专利中采用的等效电路模型包括寄生部分和本征部分两部分，其中，寄生部分包括栅极寄生电感、栅极寄生电阻、漏极寄生电感、漏极寄生电阻、源极寄生电感、源极寄生电阻；本征部分包括栅漏电容、栅源电容、电压控制电流源、漏源电阻、漏源电容、沟道电阻、栅漏电阻、栅源泄露电阻以及栅漏泄露电阻。该专利技术专利考虑的电感效应体现在寄生部分，包括栅极寄生电感，漏极寄生电感以及源极寄生电感，但专利中对本征部分的电感效应却没有考虑。本征部分的电感效应反映了晶体管内部电流产生的电感，并可以通过栅源本征电感、栅漏本征电感、漏源本征电感的形式体现。我们在随后的测试结果与仿真结果的比较中，说明仅仅通过寄生电感无法实现等效电路模型和测试结果之间的高精度拟合。此外，参考专利I考虑的电容相应主要体现在本征部分，包括栅漏电容、栅源电容、漏源电容，但没有考虑寄生部分电容。随着晶体管工作频率的增加，寄生部分的电容不能忽略。论文(Fan Qian, Jacob H.Leach, and Hadis Morkoc, “Small signal equivalentcircuit modeling for AlGaN/GaN HFET:Hybrid extraction method for determiningcircuit elements of AlGaN/GaN HFET”，Proceedings of the IEEE, 98 (7): 1140-1150, 2010,参考文献I)介绍了氮化镓(GaN)场效应管关键元件的混合提取方法，该论文采用了一种包含18个元件的等效电路模型，同参考专利I采用的等效电路模型相比，增加考虑了栅极寄生电容、漏极寄生电容。相比于参考专利1，该论文的模型精度虽然有了改善，但仍没有包括高频下具有重要影响的极内寄生电容效应和本征电感效应。另外一种晶体管小信号等效电路模型包含22个元件，请参照论文(A.Jarndal A，G..Kompa, “A new small-signal modeling approach applied to GaN devices，，，MicrowaveTheory and Techniques, IEEE Transactions on, 53 (11):3440-3448, 2005,参考文献 2)。该论文基于分布式模型的思想，相比于参考文献I中的等效电路模型，额外考虑了栅极、漏极以及源极的极间寄生电容，主要体现在考虑了栅源极间寄生交叠电容、栅漏极间寄生交叠电容、漏源极间寄生交叠电容，从而能更好的表征寄生效应。该论文可以比较精确地反映低频下寄生部分电容效应，但极内寄生电容效应却没有被考虑。极内寄生电容是由高频下电极内的电流广生的一种闻级寄生电容效应，这部分的闻级寄生电容效应在闻频下对晶体管模型的贡献将不能忽略。另外，该论文对本征部分的电感效应也没有考虑。在参考文献2 的基础上，论文(R.James Shealy, Jiali Wang, and Richard Brown,“Methodology for small-signal model extraction of AlGaN HEMTs”，Electron Devices,IEEE Transactions on, 55 (7):1603-1613, 2008，参考文献3)，认为极间寄生交叠电容可以被相应端口上的对地寄生电容所吸收，近似地将极间寄生交叠电容移到相应端口寄生电阻内侧，这样等效电路模型就可以拆分成多个相对独立的部分，从而简化参数提取过程。该论文的等效电路模型结构同参考文献2相比，虽然拓扑上有所不同，但所考虑的物理效应类似，虽然可比较精确地仿真低频下的晶体管模型，但却没有考虑高频下的极内寄生电容以及本征电感效应效应。论文(AndreasR.Alt, Marti Diego, and C.R.Bolognesi, “Transistor Modeling:Robust Small-Signal Equivalent Circuit Extraction in Various HEMT Technologies，，，Microwave Magazine, IEEE, 14 (4):83-101, 2013,参考文献 4)提出 了一种 HEMT 晶体管的小信号等效电路模型。该模型在寄生部分考虑了栅极、漏极衬底损耗电阻以表征栅极、漏极衬底损耗，寄生部分同参考文献2 —样包括了分布式电容效应。同参考文献2相比该论文模型精度有所提高，但也也同样没有包括高频下具有重要影响的极内寄生电容效应和本征电感效应。针对双极晶体管的小信号等效电路模型，特别是磷化铟(InP)双异质结双极晶体管(HBT)，请参照专利(吕红亮，等，“ InP HBT小信号模型的参数提取方法”，201310028044.0，2013年，参考专利2)，该专利的小信号等效电路模型包括寄生部分、本征部分和外部电阻三部分。该模型在寄生部分考虑了基极、集电极、发射极的寄生电阻、电感、电容；本征部分考虑了基射结电容、基集结内电容、基集结外电容、基极内电阻、基射结电阻、基集结电阻，跨导；外部电阻部分考虑了基极外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型晶体管小信号等效电路模型，包含寄生部分和本征部分，其特征在于，所述新型晶体管小信号等效电路模型的寄生部分包含极内寄生电容元件，本征部分包含本征电感元件。

【技术特征摘要】
1.一种新型晶体管小信号等效电路模型，包含寄生部分和本征部分，其特征在于， 所述新型晶体管小信号等效电路模型的寄生部分包含极内寄生电容元件，本征部分包含本征电感元件。2.根据权利要求1所述新型晶体管小信号等效电路模型，其特征在于， 所述新型晶体管小信号等效电路模型的晶体管属于场效应晶体管，所述新型晶体管小信号等效电路模型包括寄生部分和本征部分，其中，寄生部分包括栅极寄生单元、漏极寄生单元、栅漏极间寄生单元、源极寄生单元，本征部分包括栅源极间本征单元、栅漏极间本征单元、漏源极间本征单元； 所述极内寄生电容元件包含于栅极寄生单元、漏极寄生单元、源极寄生单元中的一者、两者或三者； 所述本征电感元件包含于栅源极间本征单元、栅漏极间本征单元、漏源极间本征单元中的一者、两者或三者； 所述栅极寄生单元位于栅极外节点(G)、栅极内节点(G')之间，并与栅极外节点(G)、栅极内节点(G')相连接；所述漏极寄生单元位于漏极外节点(D)、漏极内节点(D')之间，并与漏极外节点(D)、漏极内节点(D')相连接；所述源极寄生单元位于源极外节点(S)、源极内节点(S')之间，并与源极外节点(S)、源极内节点(S')相连接，且位于栅极寄生单元与漏极寄生单元之间，并与栅极寄生单元与漏极寄生单元相连接；所述栅漏极间寄生单元位于栅极寄生单元、漏极寄生单元之间，并与栅极寄生单元、漏极寄生单元相连接； 所述栅源极间本征单元位于栅极内节点(G')、源极内节点(S')之间，并与栅极内节点(G')、源极内节点(S')相连接；所述栅漏极间本征单元位于栅极内节点(G')、漏极内节点(D')之间，并与栅极内节点(G')、漏极内节点(D')相连接；所述漏源极间本征单元位于漏极内节点(D')、源极内节点(S')之间，并与漏极内节点(D')、源极内节点(S')相连接。3.根据权利要求1所述新型晶体管小信号等效电路模型，其特征在于， 所述新型晶体管小信号等效电路模型的晶体管属于双极型晶体管，所述新型晶体管小信号等效电路模型包括寄生部分、外部电阻部分和本征部分，其中，寄生部分包括基极寄生单元、集电极寄生单元、基极集电极极间寄生单元、发射极寄生单元，外部电阻部分包括基极外电阻、集电极电阻、发射极电阻，本征部分包括基极内电阻、基极集电极结外电容、基极发射极极间本征单元、基极集电极极间本征单元、集电极发射极极间本征单元； 所述极内寄生电容元件包含于基极寄生单元、集电极寄生单元、发射极寄生单元中的一者、两者或三者； 所述本征电感元件包含于基极发射极极间本征单元、基极集电极极间本征单元、集电极发射极极间本征单元中的一者、两者或三者； 所述基极寄生单元位于基极寄生节点(B)、基极外部电阻节点(B')之间，并与基极寄生节点(B)、基极外部电阻节点(B')相连接；所述集电极寄生单元位于集电极寄生节点(C)、集电极外部电阻节点(Ci )之间，并与集电极寄生节点(C)、集电极外部电阻节点(C')相连接；所述发射极寄生单元位于发射极寄生节点(E)、发射极外部电阻节点(E')之间，并与发射极寄生节点(E)、发射极外部电阻节点(E')相连接，且位于于基极寄生单元、集电极寄生单元之间，并与基极寄生单元与集电极寄生单元相连接；所述基极集电极极间寄生单元位于基极寄生单元、集电极寄生单元之间，并与基极寄生单元、集电极寄生单元相连接； 所述基极外电阻位于基极外部电阻节点(B')、基极结外节点(B)之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜楠，黄风义，张有明，
申请(专利权)人：上海傲亚微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31