一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法技术

本发明专利技术提供一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法，所述多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型包括寄生部分和本征部分；所述寄生部分包括适于表征多个栅指交叉及与旁侧源漏电极之间相互作用产生的栅指电容 Cpgi、Cpdi、Cgdi。本发明专利技术针对高功率大电流的多栅指大尺寸器件，增设了栅指电容 Cpgi、Cpdi、Cgdi，来表征由于多个栅指交叉及与旁侧源漏电极之间的作用而产生额外的寄生电容效应，可以更精准的反映大尺寸器件特性，提高器件模型准确率。

A multi gate AlGaN/GaN HETM small signal model and its reference method

【技术实现步骤摘要】
一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型及其提参方法
本专利技术属于集成电路
，特别是涉及一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型及其提参方法。
技术介绍
小信号模型是大信号模型在固定偏置点下的线性等效，是建立大信号等效电路模型的必要步骤。所有的小信号模型参数的提取都是在固定偏置点下得到的，同时大信号模型的交流参数也用到了不同偏置点下小信号模型提取的参数，所以高精确度的小信号模型是大信号模型建立的基础。精确的器件大信号模型的采用，从一定程度上简化了射频和微波毫米波功率电路的设计步骤、缩短了电路研制周期并节约了成本。基于GaN材料具有宽带隙、直接带隙、高电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、抗辐射等突出优点，近些年，AlGaN/GaNHEMT器件最重要的应用之一是功率器件，用于功率放大器的仿真设计。然而高功率的应用需求使得AlGaN/GaNHEMT器件需采用大栅宽结构，以提供大电流来提高器件的功率密度。通常引入多栅指结构使器件更紧凑，而多个栅指交叉及与旁侧源漏电极之间的作用会产生额外寄生电容。AlGaN/GaNHEMT(HighElectronMobilityTransistor，高电子迁移率晶体管)器件的发展历史相对较短，其模型研究成果也相对较少，且主要沿用MESFET、MOSFET等场效应晶体管的相关模型。近些年一些研究者提出了几种模型来实现将HEMT器件的电特性反映到电路中，如图1所示，为目前常用的AlGaN/GaNHEMT小信号模型，其由寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd、寄生电感Lg、Ld及Ls、寄生电阻Rg、Rd及Rs、本征电容Cgd、Cgs及Cds、源漏电阻Rds、沟道电阻Ri及跨导Gm组成。该模型虽然可以大体上将AlGaN/GaNHEMT器件的特性反映到电路中，但针对应用于高功率大电流的多栅指大尺寸器件时，图1中的模型精度还不够精确，这对设计者提出了很高的要求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型及其提参方法，用于解决目前的小信号模型及其提参方法不能精准的反映大功率的多指大尺寸器件性能的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型，其特征在于，所述多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型包括寄生部分和本征部分；所述寄生部分包括适于表征多个栅指交叉及与旁侧源漏电极之间相互作用产生的栅指电容Cpgi、Cpdi、Cgdi。优选地，所述本征部分包括本征电容Cgd、Cgs及Cds、栅源泄漏电阻Rgsf、栅漏泄漏电阻Rgdf、沟道电阻Ri、源漏电阻Rds及跨导Gm；所述本征电容Cgs与所述栅源泄漏电阻Rgsf并联后与所述沟道电阻Ri串联以形成串联结构；所述本征电容Cds与所述源漏电阻Rds及所述跨导Gm并联后与所述本征电容Cgd串联以形成串联结构，所述栅漏泄漏电阻Rgdf与所述跨导Gm并联；所述本征电容Cds、所述源漏电阻Rds、所述栅漏泄漏电阻Rgdf、所述跨导Gm及所述本征电容Cgd形成的串联结构与所述本征电容Cgs、所述栅源泄漏电阻Rgsf及所述沟道电阻Ri形成的串联结构并联。优选地，所述寄生部分还包括寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd，寄生电感Lg、Ld及Ls，寄生电阻Rg、Rd及Rs，栅指电容Cpgi、Cpdi、Cgdi；所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rg串联以形成串联结构，所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rd形成的串联结构一端连接于所述寄生PAD电容Cpg的一端，另一端连接于所述本征电容Cgd及Cgs之间；所述寄生PAD电容Cpg的另一端接地；所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd串联以形成串联结构，所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd形成的串联结构一端连接于所述寄生PAD电容Cpd的一端，另一端连接于所述本征电容Cgd及Cds之间；所述寄生PAD电容Cpd的另一端接地；所述寄生PAD电容Cpgd一端连接于所述寄生电感Lg及所述寄生电阻Rg形成的串联结构与所述寄生PAD电容Cpg的连接端，另一端连接于所述寄生电感Ld及所述寄生电阻Rd形成的串联结构与所述寄生PAD电容Cpd的连接端；所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs串联以形成串联结构，所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs形成的串联结构一端连接于所述沟道电阻Ri远离所述本征电容Cgs的一端，另一端接地；所述栅指电容Cgdi的一端连接于所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rg之间，所述栅指电容Cgdi的另一端连接于所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd之间；所述栅指电容Cpgi的一端连接于所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rg之间，所述栅指电容Cpgi的另一端连接于所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs之间；所述栅指电容Cpdi的一端连接于所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs之间，所述栅指电容Cpdi的另一端连接于所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd之间。本专利技术还提供一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型的提参方法，所述提参方法包括以下步骤：步骤S1：量测外围开路的S参数，并将S参数变换成得到Y参数，根据Y参数得到总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值，根据总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值设置初值迭代算法的搜索范围；步骤S2：设置寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值，在步骤1)中设置的所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数间的误差函数最小的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd值；步骤S3：量测外围开路的S参数，并将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤2)中设置的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值，再将去嵌所述寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的Y参数变换得到Z参数，根据Z参数得到寄生电感Lg、Ls及Ld初值，在步骤1)中设置的所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数之间的误差函数值最小的寄生电感Lg、Ls及Ld值；步骤S4：量测外围开路的S参数，并将S参数变换成得到Y参数，根据Y参数得到栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi初值，所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数间的误差函数值最小的栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值；步骤S5：量测外围开路的S参数，将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤2)中设置的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值，再将去嵌所述寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的Y参数变换得到Z参数，根据Z参数得到寄生电阻Rg、Rs及Rd初值，所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数间的误差函数值最小的寄生电阻Rg、Rs及Rd值。优选地，所述总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值设置初值迭代算法的搜索范围为Cpg＝Cpd:0-0.5Cdso、Cpgd＝0-0.5Cgdo；所述设置的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值为Cpg＝Cpd＝0、Cpgd＝0。优选地，所述步骤S1在低频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S2在低频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S3在高频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S4在低频率、cold本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型，其特征在于：所述多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型包括寄生部分和本征部分；所述寄生部分包括适于表征多个栅指交叉及与旁侧源漏电极之间相互作用产生的栅指电容Cpgi、Cpdi、Cgdi。

【技术特征摘要】
1.一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型，其特征在于：所述多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型包括寄生部分和本征部分；所述寄生部分包括适于表征多个栅指交叉及与旁侧源漏电极之间相互作用产生的栅指电容Cpgi、Cpdi、Cgdi。2.根据权利要求1所述的多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型，其特征在于：所述本征部分包括本征电容Cgd、Cgs及Cds、栅源泄漏电阻Rgsf、栅漏泄漏电阻Rgdf、沟道电阻Ri、源漏电阻Rds及跨导Gm；所述本征电容Cgs与所述栅源泄漏电阻Rgsf并联后与所述沟道电阻Ri串联以形成串联结构；所述本征电容Cds与所述源漏电阻Rds及所述跨导Gm并联后与所述本征电容Cgd串联以形成串联结构，所述栅漏泄漏电阻Rgdf与所述跨导Gm并联；所述本征电容Cds、所述源漏电阻Rds、所述栅漏泄漏电阻Rgdf、所述跨导Gm及所述本征电容Cgd形成的串联结构与所述本征电容Cgs、所述栅源泄漏电阻Rgsf及所述沟道电阻Ri形成的串联结构并联。3.根据权利要求1所述的多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型，其特征在于：所述寄生部分还包括寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd，寄生电感Lg、Ld及Ls，寄生电阻Rg、Rd及Rs，栅指电容Cpgi、Cpdi、Cgdi；所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rg串联以形成串联结构，所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rd形成的串联结构一端连接于所述寄生PAD电容Cpg的一端，另一端连接于所述本征电容Cgd及Cgs之间；所述寄生PAD电容Cpg的另一端接地；所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd串联以形成串联结构，所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd形成的串联结构一端连接于所述寄生PAD电容Cpd的一端，另一端连接于所述本征电容Cgd及Cds之间；所述寄生PAD电容Cpd的另一端接地；所述寄生PAD电容Cpgd一端连接于所述寄生电感Lg及所述寄生电阻Rg形成的串联结构与所述寄生PAD电容Cpg的连接端，另一端连接于所述寄生电感Ld及所述寄生电阻Rd形成的串联结构与所述寄生PAD电容Cpd的连接端；所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs串联以形成串联结构，所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs形成的串联结构一端连接于所述沟道电阻Ri远离所述本征电容Cgs的一端，另一端接地；所述栅指电容Cgdi的一端连接于所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rg之间，所述栅指电容Cgdi的另一端连接于所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd之间；所述栅指电容Cpgi的一端连接于所述寄生电感Lg与所述寄生电阻Rg之间，所述栅指电容Cpgi的另一端连接于所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs之间；所述栅指电容Cpdi的一端连接于所述寄生电感Ls与所述寄生电阻Rs之间，所述栅指电容Cpdi的另一端连接于所述寄生电感Ld与所述寄生电阻Rd之间。4.一种多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型的提参方法，其特征在于，所述提参方法包括以下步骤：步骤S1：量测外围开路的S参数，并将S参数变换成得到Y参数，根据Y参数得到总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值，根据总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值设置初值迭代算法的搜索范围；步骤S2：设置寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值，在步骤1)中设置的所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数间的误差函数最小的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd值；步骤S3：量测外围开路的S参数，并将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤2)中设置的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值，再将去嵌所述寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的Y参数变换得到Z参数，根据Z参数得到寄生电感Lg、Ls及Ld初值，在步骤1)中设置的所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数之间的误差函数值最小的寄生电感Lg、Ls及Ld值；步骤S4：量测外围开路的S参数，并将S参数变换成得到Y参数，根据Y参数得到栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi初值，所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数间的误差函数值最小的栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值；步骤S5：量测外围开路的S参数，将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤2)中设置的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值，再将去嵌所述寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的Y参数变换得到Z参数，根据Z参数得到寄生电阻Rg、Rs及Rd初值，所述搜索范围中搜索得到使测试S参数与仿真S参数间的误差函数值最小的寄生电阻Rg、Rs及Rd值。5.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值设置初值迭代算法的搜索范围为Cpg＝Cpd:0-0.5Cdso、Cpgd＝0-0.5Cgdo；所述设置的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值为Cpg＝Cpd＝0、Cpgd＝0。6.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤S1在低频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S2在低频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S3在高频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S4在低频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S5在高频率、coldpinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数。7.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤1)中得到寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd的数值的具体方法为：量测外围开路的S参数，并将S参数变换成得到Y参数，经转换得到以下公式：Y11＝jw(Cgso+Cgdo)Y22＝jw(Cdso+Cgdo)Y12＝Y21＝-jwCgdo其中：Cgdo＝Cpgd+Cgdi+CgdCgso＝Cpg+Cpgi+CgsCdso＝Cpda+Cpdi+Cds根据Y参数进行仿真，得到栅源、栅漏和漏源分支电容的总电容Cgso、Cgdo及Cdso随频率变化的曲线图，从仿真曲线上在低频率范围的S参数得到栅源、栅漏和漏源分支电容的总电容Cgso、Cgdo及Cdso的数值。8.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaNHETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤2)中得到寄生电感Lg、Ls及Ld的初值的具体方法为：将去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的Y参数变换得到Z参数，根据Z参数获得寄生电感和寄生电阻的关系式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：姜元祺，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50