毫米波FET的噪声模型建立方法技术

本发明专利技术提供了一种毫米波FET的噪声模型建立方法，其包括：将毫米波FET划分为无源结构区和有源结构区；将有源结构区沿栅极的宽度方向等分为N个第一单元，并将第一单元等分为与毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到多个第二单元；在低频段建立毫米波FET的低频噪声模型，并利用低频噪声模型得到第二单元的包含本征参数和噪声源表达式的本征参数网络；计算毫米波信号在毫米波FET的输入电极和输出电极中的传输特性，得到输入电极S参数和输出电极S参数；将第二单元的本征参数网络、输入电极S参数和输出电极S参数按照端口对应关系进行连接，得到毫米波FET的噪声模型。本发明专利技术建立的噪声模型在毫米波及更高频率时精度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体管建模
，特别是涉及一种毫米波FET的噪声模型建立方法。
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(Field Effect Transistor，FET)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，此时必须考虑信号和噪声传输时的衰减、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区栅源漏电极的寄生效应对器件性能的影响越来越大，特别是输入电极的寄生参数对器件高频噪声参数的影响很大，在FET噪声模型建立过程中需要特别考虑。精确的场效应晶体管小信号模型是建立噪声模型的基础。但传统的小信号等效电路模型采用集总参数网络来模拟FET的外部寄生参数和本征参数，并没有考虑信号和噪声在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参数网络(寄生电阻R、寄生电容C、寄生电感L)，否则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，从而导致模型在低频段时精度变差；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十分困难。因此，当FET工作频率进入毫米波太赫兹频段后，继续基于传统的集总参数网络来建立器件的噪声模型，将带来较大的误差。
技术实现思路
为解决传统的基于集总参数网络建立的FET噪声模型在毫米波及更高频率时精度较差的问题，本专利技术提供一种毫米波FET的噪声模型建立方法。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的噪声模型建立方法，包括：S1：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；S2：将毫米波FET的有源结构区沿栅极的宽度方向等分为N个第一单元，并将所述第一单元等分为与所述毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到多个第二单元，其中，所述第一单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20；S3：在低频段建立毫米波FET的低频噪声模型，并利用所述低频噪声模型得到第二单元的包含本征参数和噪声源表达式的本征参数网络；S4：计算毫米波信号在毫米波FET的输入电极和输出电极中的传输特性，得到输入电极S参数和输出电极S参数；S5：将所述第二单元的本征参数网络、所述输入电极S参数和所述输出电极S参数按照端口对应关系进行连接，得到毫米波FET的噪声模型。优选地，所述步骤S3具体包括：S31：根据毫米波FET的类型选取等效电路拓扑；S32：对所述毫米波FET进行冷场测试，根据冷场测试结果在低频段从所述等效电路拓扑中提取毫米波FET的外部寄生参数；S33：对所述毫米波FET进行热场测试，根据热场测试结果和所述外部寄生参数在低频段从所述等效电路拓扑中提取毫米波FET的本征参数；S34：对所述毫米波FET进行源负载牵引噪声和S参数综合测试，根据综合测试结果、所述外部寄生参数和所述本征参数在低频段建立毫米波FET的低频噪声模型，并根据所述低频噪声模型得到毫米波FET的噪声源表达式；S35：基于所述毫米波FET的本征参数、噪声源表达式和噪声相关矩阵并联理论，计算得到所述第一单元的本征参数和噪声源表达式；S36：根据所述第一单元和所述第二单元的等分关系，得到第二单元的包含本征参数和噪声源表达式的本征参数网络。优选地，在所述步骤S31之前，所述步骤S3还包括：对毫米波FET的测试结构进行去嵌入处理。优选地，所述去嵌入处理的方式为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。优选地，所述步骤S4具体为：对所述毫米波FET的输入电极、输出电极和第一单元进行三维电磁场模拟计算，得到输入电极S参数和输出电极S参数。优选地，所述噪声模型建立方法还包括：S6：对所述毫米波FET进行小信号和噪声在片测试得到在片测试数据，对所述毫米波FET的噪声模型进行电路仿真模拟得到仿真数据，将所述在片测试数据和仿真数进行对比，判断所述噪声模型的准确度。优选地，所述毫米波FET的类型为GaAs pHEMT、GaN HEMT以及InP HEMT。区别于现有技术的情况，本专利技术的有益效果是：(1)可以模拟毫米波信号和噪声在FET电极中传播时行波效应的影响，模型精度更高；(2)建立的噪声模型可用于频率外推，从而预测器件在测试频带以外的更高频率的性能；(3)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对噪声参数的影响，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；(4)建立的噪声模型可用于FET尺寸扩展，在建立的单个尺寸器件噪声模型的基础上，可以预测各种尺寸和不同版图布局的FET的小信号和噪声性能。附图说明图1是本专利技术实施例毫米波FET的噪声模型建立方法的流程示意图。图2是获取第二单元的本征参数网络的流程示意图。图3是GaAs pHEMT器件的本征参数的等效电路拓扑示意图。图4是本专利技术实施例的第二单元的符号示意图。图5是本专利技术实施例的输入电极S参数和输出电极S参数的符号示意图。图6是本专利技术实施例的毫米波FET的噪声模型的连接示意图。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。参见图1，是本专利技术实施例毫米波FET的噪声模型建立方法的流程示意图。本专利技术实施例的噪声模型建立方法包括以下步骤：S1：将毫米波FET划分为无源结构区和有源结构区，其中无源结构区包括输入电极和输出电极，有源结构区为输入电极和输出电极之间的器件区域。其中，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，器件区域是器件工作的本征区域，包括栅源漏电极。在本实施例中，毫米波FET的类型可以为GaAs pHEMT、GaN HEMT以及InP HEMT。S2：将毫米波FET的有源结构区沿栅极的宽度方向等分为N个第一单元，并将第一单元等分为与毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到多个第二单元，其中，第一单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20。其中，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，需要将毫米波FET的有源结构区沿栅极的宽度方向等分为N个第一单元，分别对第一单元建立噪声模型。理论上讲，单元个数N的值越大，建立的噪声模型越能模拟行波效应的影响，但噪声模型的复杂度也越高；一般情况，当第一单元的栅宽Ws＝W/N远小于工作波长λg时，可以认为行波效应在每个第一单元中可以忽略，噪声模型的精度可以满足应用要求，如果继续增大N的值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波FET的噪声模型建立方法，其特征在于，包括：S1：将毫米波场效应晶体管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；S2：将毫米波FET的有源结构区沿栅极的宽度方向等分为N个第一单元，并将所述第一单元等分为与所述毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到多个第二单元，其中，所述第一单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20；S3：在低频段建立毫米波FET的低频噪声模型，并利用所述低频噪声模型得到第二单元的包含本征参数和噪声源表达式的本征参数网络；S4：计算毫米波信号在毫米波FET的输入电极和输出电极中的传输特性，得到输入电极S参数和输出电极S参数；S5：将所述第二单元的本征参数网络、所述输入电极S参数和所述输出电极S参数按照端口对应关系进行连接，得到毫米波FET的噪声模型。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波FET的噪声模型建立方法，其特征在于，包括：S1：将毫米波场效应晶体管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；S2：将毫米波FET的有源结构区沿栅极的宽度方向等分为N个第一单元，并将所述第一单元等分为与所述毫米波FET的栅指数目相等的份数，得到多个第二单元，其中，所述第一单元的栅宽小于或等于毫米波FET的工作波长的1/20；S3：在低频段建立毫米波FET的低频噪声模型，并利用所述低频噪声模型得到第二单元的包含本征参数和噪声源表达式的本征参数网络；S4：计算毫米波信号在毫米波FET的输入电极和输出电极中的传输特性，得到输入电极S参数和输出电极S参数；S5：将所述第二单元的本征参数网络、所述输入电极S参数和所述输出电极S参数按照端口对应关系进行连接，得到毫米波FET的噪声模型。2.根据权利要求1所述的毫米波FET的噪声模型建立方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31：根据毫米波FET的类型选取等效电路拓扑；S32：对所述毫米波FET进行冷场测试，根据冷场测试结果在低频段从所述等效电路拓扑中提取毫米波FET的外部寄生参数；S33：对所述毫米波FET进行热场测试，根据热场测试结果和所述外部寄生参数在低频段从所述等效电路拓扑中提取毫米波FET的本征参数；S34：对所述毫米波FET进行源负载牵引噪声和S参数综合测试，根据综合测试结果、所述外部寄生参数和所...

【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