一种毫米波FET的建模方法技术

本发明专利技术提供了一种毫米波FET的建模方法，包括步骤：将毫米波FET划分为无源结构区的输入电极和输出电极，以及有源结构区的栅源漏电极；将有源结构区沿栅宽方向等分为若干一级子单元；计算输入电极S参数、输出电极S参数以及若干一级子单元S参数；将一级子单元等分为与栅指数目相等份数的二级子单元，计算二级子单元的本征参数；基于输入电极S参数、输出电极S参数、若干一级子单元S参数以及二级子单元的本征参数，以矩阵级联方式连接得到毫米波FET的模型。通过上述方式，本发明专利技术能够模拟毫米波信号在FET电极中传播时的行波效应的影响，模型精度更高，可用于频率外推，预测器件在更高频率的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体管器件的建模
，特别是涉及一种毫米波FET的建模方法。
技术介绍
器件模型在电路设计中起着至关重要的作用，在电路设计和工艺设计之间发挥着桥梁的作用。随着电路工作频率进入微波甚至更高频段，传统的以经验为主的设计方法越来越不能满足电路设计的要求，因而获得精确的器件模型将显得越来越重要，这不仅可以提高电路设计的准确性，减少工艺反复，而且可以降低产品成本，缩短研制周期。随着场效应晶体管(FET)的特征尺寸减小，其工作频率进入毫米波甚至太赫兹频段，对应的工作波长仅为亚毫米甚至微米量级，此时FET的单指栅宽以及输入输出电极的尺寸已经可以和工作波长相比拟，必须考虑信号传输时的衰减、相位延迟等行波效应的影响。另外，随着器件工作频率的升高，FET输入输出电极以及有源结构区栅源漏电极的寄生效应对器件性能的影响越来越大，在FET建模过程中也不可忽略。传统的等效电路模型采用集中参数网络来模拟FET的外部寄生参数和本征参数，并没有考虑信号在FET电极中传输时的行波效应的影响；而且在毫米波频段，FET的外部寄生参数并不能再等效为简单的寄生电阻、寄生电容和寄生电感组成的寄生参数网络，否则模型在拟合器件高频段的特性时，一些参数将偏离其实际合理的区间范围，从而又导致模型在低频段时精度不能满足要求；若增加寄生参数网络的复杂度来模拟FET的毫米波特性，又将使得参数的提取更加困难。因此，当FET工作频率进入毫米波太赫兹频段后，传统的等效电路模型会产生较大的误差。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种毫米波FET的建模方法，能够模拟毫米波信号在FET电极中传输时的行波效应，同时可以更精确的模拟FET电极的寄生效应影响，从而提高毫米波FET模型的准确度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种毫米波FET的建模方法，所述方法包括：将毫米波FET划分为无源结构区和有源结构区，其中所述无源结构区包括输入电极和输出电极，所述有源结构区为输入电极和输出电极之间的器件区域；将毫米波FET的有源结构区沿栅宽方向等分为若干一级子单元，使得每个所述一级子单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20；分别计算所述毫米波FET的输入电极S参数、输出电极S参数以及所述若干一级子单元的S参数；将每个所述一级子单元等分为与所述毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到若干二级子单元，计算每个二级子单元的本征参数；将所述输入电极S参数、所述若干一级子单元S参数以及所述输出电极S参数以矩阵级联方式依序连接得到毫米波FET的模型，其中每两个级联端口之间连接有一个二级子单元本征参数网络。其中，计算每个二级子单元的本征参数的步骤进一步包括：对所述毫米波FET的测试电路结构作去嵌处理，利用开路结构消除并联电容的影响，利用短路结构消除串联电感和电阻的影响；根据所述毫米波FET的具体类型选取小信号等效电路拓扑；在低频段，从所述等效电路拓扑中提取所述毫米波FET的外部寄生参数；基于所述毫米波FET的外部寄生参数，采用矩阵变换方法，计算得到低频段的所述毫米波FET的本征导纳矩阵，进一步提取所述毫米波FET的本征参数；基于所述毫米波FET的本征参数和矩阵并联理论，计算得到每个所述二级子单元的本征参数。计算所述毫米波FET的电极S参数的步骤具体为：采用三维电磁场模拟的方法，分别模拟信号在毫米波FET的输入电极、输出电极以及有源结构区的若干一级子单元的传输特性，计算得到输入电极的传输特性S参数、输出电极的传输特性S参数以及一级子单元的传输特性S参数。其中，所述毫米波FET的具体类型包括GaAs pHEMT、GaN HEMT以及InP HEMT。优选地，上述建模方法进一步包括：对所述毫米波FET进行在片测试得到器件的S参数，在电路仿真软件中嵌入建模得到的毫米波FET的模型进行仿真模拟，将在片测试结果和仿真模拟结果进行对比，判断建模得到的毫米波FET模型的精度。优选地，所述毫米波FET为GaAs pHEMT，栅长为0.1μm、栅宽75μm、栅指数目为2。区别于现有技术的情况，本专利技术的有益效果是：1)通过将FET的有源结构区划分为若干栅宽远小于其工作波长的子单元，使得行波效应在每个子单元中可以忽略，进而可以模拟毫米波信号在FET电极中传播时的行波效应的影响，因此该方法建立的模型精度更高，并且所建立的模型可用于频率外推，预测器件在更高频率的性能；2)采用三维电磁场仿真的方法，可以更精确模拟电极寄生效应的影响，如接地通孔、电极间的耦合、金属损耗等，而且避免了复杂的寄生参数提取；3)该方法建立的模型还可用于FET的尺寸扩展，在建立的单个尺寸器件模型的基础上，可以预测各种尺寸和不同版图布局的FET性能。附图说明图1为本专利技术实施例的一种毫米波FET的建模方法的流程示意图；图2为本专利技术实例的一种毫米波FET的输入电极传输特性S参数文件示意图；图3为本专利技术实例的一种毫米波FET的输出电极传输特性S参数文件示
意图；图4为本专利技术实例的一种毫米波FET的有源结构区的一级子单元传输特性S参数文件示意图；图5为本专利技术实施例的GaAs pHEMT的本征参数等效电路模型拓扑；图6为本专利技术实例的一种毫米波FET的有源结构区的二级子单元的本征参数网络符号示意图；图7为本专利技术实例的一种毫米波FET的模型内部的连接示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种毫米波FET的建模方法，本方法实施例的流程示意图如图1所示，该实施例的技术方案适用于毫米波及更高频率的场效应晶体管的建模。该建模方法包括以下步骤：步骤S1：将毫米波FET划分为无源结构区和有源结构区两部分，其中无源结构区包括输入电极和输出电极，所述输入电极和输出电极包括输入输出金丝、测试焊盘、源极接地通孔以及栅指间连接传输线，有源结构区为输入电极和输出电极之间器件区域，是器件工作的本征区域，包括栅源漏电极；步骤S2：将毫米波FET的有源结构区沿栅宽方向等分为若干一级子单元。为模拟毫米波信号在毫米波FET电极中传输时的行波效应的影响，本专利技术公开的方法是将毫米波FET的有源结构区沿栅宽方向等分为N个小尺寸的一级子单元，分别对每个小尺寸的一级子单元进行建模。理论上，单元个数N的值越大，建立的模型越能模拟行波效应的影响，但模型的复杂度也越高；一般情况，当小尺寸单元的栅宽Ws＝W/N远小于
信号工作波长λg时，可以认为行波效应在每个单元中可以忽略，模型的精度可以满足应用要求，并且继续增大N对模型精度的提升也不再明显，其中W表示毫米波FET的栅宽。优选的，本专利技术实例中，以栅长为0.1μm、栅宽75μm、栅指数目为2的GaAs pHEMT场效应晶体管为例，其工作频率一般可以至100GHz，对应的信号工作波长λg约为800μm，已经达到了与晶体管单指栅宽相比拟的长度，因此，行波效应的影响不可忽略。优选的，选取等分单元的个数N＝3，使得小尺寸一级子单元的栅宽Ws远小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波FET的建模方法，其特征在于，所述方法包括：将毫米波FET划分为无源结构区和有源结构区，其中所述无源结构区包括输入电极和输出电极，所述有源结构区为输入电极和输出电极之间的器件区域；将毫米波FET的有源结构区沿栅宽方向等分为若干一级子单元，使得每个所述一级子单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20；分别计算所述毫米波FET的输入电极S参数、输出电极S参数以及所述若干一级子单元的S参数；将每个所述一级子单元等分为与所述毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到若干二级子单元，计算每个二级子单元的本征参数；将所述输入电极S参数、所述若干一级子单元S参数以及所述输出电极S参数以矩阵级联方式依序连接得到毫米波FET的模型，其中每两个级联端口之间连接有一个二级子单元本征参数网络。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波FET的建模方法，其特征在于，所述方法包括：将毫米波FET划分为无源结构区和有源结构区，其中所述无源结构区包括输入电极和输出电极，所述有源结构区为输入电极和输出电极之间的器件区域；将毫米波FET的有源结构区沿栅宽方向等分为若干一级子单元，使得每个所述一级子单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20；分别计算所述毫米波FET的输入电极S参数、输出电极S参数以及所述若干一级子单元的S参数；将每个所述一级子单元等分为与所述毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到若干二级子单元，计算每个二级子单元的本征参数；将所述输入电极S参数、所述若干一级子单元S参数以及所述输出电极S参数以矩阵级联方式依序连接得到毫米波FET的模型，其中每两个级联端口之间连接有一个二级子单元本征参数网络。2.根据权利要求1所述的毫米波FET的建模方法，其特征在于，计算每个二级子单元的本征参数的步骤进一步包括：对所述毫米波FET的测试电路结构作去嵌处理，利用开路结构消除并联电容的影响，利用短路结构消除串联电感和电阻的影响；根据所述毫米波FET的具体类型选取小信号等效电路拓扑；在低频段，从所述等效电路拓扑中提取所述毫米波FET的外部寄生参数；基于所述毫米波FET的外部寄生参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇波，
申请(专利权)人：成都海威华芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51