PIN二极管的等效电路及其参数获取方法技术

本发明专利技术公开了一种PIN二极管的等效电路，包括n型端口和地之间的第一网络、n型端口和p型端口之间的第二网络、p型端口和地之间的第三网络。第一网络为：并联的第二电阻和第二电容，其一端接地，另一端接第二二极管的阳极；第二二极管的阴极接n型端口。第二网络为：并联的第一电容和第一支路；所述第一支路为串联的第一电感、第一电阻和第一二极管，其中第一二极管的阴极接n型端口。第三网络为：并联的第三电阻和第三电容，其一端接地，另一端通过第四电容接p型端口。PNP三极管连接第一网络和第二网络，其发射极接第一二极管的阳极，基极接n型端口，集电极接第二二极管的阳极。本发明专利技术可用于在高频电路设计中较好地模拟PIN二极管并进行仿真测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体射频器件的等效电路及其参数获取方法。
技术介绍
普通的二极管由PN结组成。如果在ρ型半导体和η型半导体之间加入一层本征 (Intrinsic)半导体，这种P_I_N结构的二极管就是PIN 二极管。所述本征半导体在理想情况下应为绝缘材料，但实际应用中常采用轻掺杂的η型或P型半导体材料，其载流子浓度很低不能提供电流。请参阅图1，这是一种采用Bipolar或BiCMOS工艺所实现的集成PIN 二极管的结构示意图。在P型衬底11之上具有η型半导体12，通常为η型重掺杂。再往上为本征半导体13，通常为η型轻掺杂。再往上为ρ型半导体14。这样便在纵向上构成了一个PIN 二极管。PIN 二极管主要应用在射频领域。例如，PIN 二极管可作为高速开关器件，实现射频收发电路与系统的高速连通与关断的功能，从而有效地提高射频收发电路的集成度和整体性能。现有的PIN 二极管的等效电路往往过于简单。例如，PIN 二极管加正向偏压时以一个电阻代替，PIN 二极管加反向偏压时以串联的一个电阻和一个电容代替。这种PIN 二极管的等效电路不包括寄生的PNP晶体管及寄生的高频元件，无法满足射频集成电路设计的精度要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种PIN 二极管的等效电路，可以较好地在射频电路设计中模拟PIN 二极管。为此，本专利技术还要提供所述PIN 二极管的等效电路的参数获取方法。为解决上述技术问题，本专利技术PIN 二极管的等效电路包括η型端口和地之间的第一网络、η型端口和ρ型端口之间的第二网络、ρ型端口和地之间的第三网络；所述PIN 二极管为纵向结构，在P型衬底之上依次为η型半导体、本征半导体、P型半导体；所述第一网络为并联的第二电阻和第二电容，其一端接地，另一端接第二二极管的阳极；第二二极管的阴极接η型端口 ；所述第二网络为并联的第一电容和第一支路；所述第一支路为串联的第一电感、第一电阻和第一二极管，其中第一二极管的阴极接η型端口 ；所述第三网络为并联的第三电阻和第三电容，其一端接地，另一端通过第四电容接P型端口；连接第一网络和第二网络的PNP三极管，其发射极接第一二极管的阳极，基极接η 型端口，集电极接第二二极管的阳极。上述PIN 二极管的等效电路的参数获取方法包括如下步骤第1步，对PIN 二极管的ρ型端口和η型端口之间施加不同偏压，测试PIN 二极管中的P型半导体和η型半导体所形成的寄生PN结的直流电流和偏压之间的关系、以及结电容和偏压之间的关系，从而得到第一二极管的直流参数和电容参数；对PIN 二极管的ρ型端口和η型端口之间施加不同偏压，测试PIN 二极管中的本征半导体与P型衬底之间所形成的寄生PN结的直流电流和偏压之间的关系、以及结电容和偏压之间的关系，从而得到第二二极管的直流参数和电容参数；对PIN 二极管的ρ型端口和η型端口之间施加不同偏压，测试PIN 二极管中的ρ 型半导体、PIN 二极管中的η型半导体、ρ型衬底这三者所形成的寄生PNP晶体管的直流电流和偏压之间的关系、以及结电容和偏压之间的关系，从而得到PNP三极管的直流参数和电容参数；第2步，对PIN 二极管的ρ型端口和η型端口之间施加不同偏压-IOV 2V，在不同频率0. OlGHz IOOGHz下测试得到PIN 二极管的高频导纳参数Y，以及该高频导纳参数 Y与频率变化的数据曲线；经换算后得到第三网络的高频导纳参数Υ3，以及该高频导纳参数Υ3随频率变化的数据曲线；第3步，将第四电容设为1 X 10_14法拉，将第二电容和第三电容均设为2 X 10_14法拉，将第二电阻和第三电阻均设为500欧姆，取TO参数的实部，调整第一电阻的取值，使TO 参数的实部随频率变化的数据曲线尽可能拟合第2步所得TO参数随频率变化的数据曲线的低频部分；第4步，取TO参数的虚部，调整第一电容的取值，使TO参数的虚部除以2倍的圆周率与频率的乘积后，随频率变化的数据曲线尽可能拟合第2步所得TO参数随频率变化的数据曲线的低频部分；第5步，取TO参数的虚部，调整第一电感的取值，使TO参数的虚部除以2倍的圆周率与频率的乘积后，随频率变化的数据曲线尽可能拟合第2步所得TO参数随频率变化的数据曲线的高频部分。本专利技术PIN 二极管的等效电路不仅包括了 PIN 二极管的主体部分(第一二极管) 和寄生PN结(第二二极管)，还包括了寄生PNP晶体管(PNP三极管)、串联电阻(第一电阻)、串联电感(第一电感)、耦合电容(第一电容、第四电容)、衬底寄生电容(第二电容、 第三电容)、衬底寄生电阻(第二电阻、第三电阻)等，完整地考虑了 PIN二极管的物理结构的各个组成部分对其高频电学特性的影响，可以较好地在高频电路(尤其是射频电路)中用于模拟PIN 二极管，进行仿真试验，测试相关影响等。与之相对应的参数获取方法，可快速确定本专利技术PIN 二极管的等效电路中的参数，并较大地提高本专利技术PIN 二极管的等效电路在电学特性上的拟合效果。附图说明图1是一种PIN 二极管的结构示意图；图2是本专利技术PIN 二极管的等效电路的结构示意图。图中附图标记说明11为ρ型衬底；12为η型半导体；13为本征半导体；14为ρ型半导体。具体实施例方式请参阅图2，这是本专利技术PIN 二极管的等效电路的一个实施例，与图1所示的PIN 二极管相对应。该PIN 二极管的等效电路具有π型网络的电路结构，包括η型端口和地之间的第一网络、η型端口和ρ型端口之间的第二网络、ρ型端口和地之间的第三网络。所述第一网络为并联的第二电阻R2和第二电容C2，其一端接地，另一端接第二二极管D2的阳极；第二二极管D2的阴极接η型端口。所述第二网络为并联的第一电容Cl和第一支路；所述第一支路为串联的第一电感Li、第一电阻Rl和第一二极管D1，其中第一二极管Dl的阴极接η型端口；所述第三网络为并联的第三电阻R3和第三电容C3，其一端接地，另一端通过第四电容C4接ρ型端口 ；连接第一网络和第二网络的PNP三极管Tl，其发射极接第一二极管Dl的阳极，基极接η型端口，集电极接第二二极管D2的阳极。上述等效电路中的各个元器件都有着实际的物理意义。第一网络中，第二电阻R2表示PIN 二极管中的η型半导体12与ρ型衬底11之间的寄生电阻；第二电容C2表示PIN 二极管中的η型半导体12与ρ型衬底11之间的寄生电容；第二二极管D2，用来表示PIN 二极管中的本征半导体I3与ρ型衬底11之间所形成的寄生PN结。第二网络中，第一电容Cl用来表示PIN 二极管的两端口耦合电容；第一电感Ll表示PIN 二极管的串联电感；第一电阻Rl表示PIN 二极管的串联电阻；第一二极管Dl表示 PIN 二极管中的ρ型半导体14和η型半导体12所形成的寄生PN结。第三网络中，第三电阻R3表示PIN 二极管中的ρ型半导体14与ρ型衬底11之间的寄生电阻；第三电容C3表示PIN 二极管中的ρ型半导体14与ρ型衬底11之间的寄生电容；第四电容C4表示PIN 二极管中的ρ型半导体14与ρ型衬底11之间的耦合电容。PNP三极管Tl表示PIN 二极管中的ρ型半导体14、ΡΙΝ 二极管中的η型半导体12、 P型衬底11这三者所形成的寄生PNP晶体管。通常，第四电容C4可设为IX 10_14本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周天舒，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：