CN107818187A - 一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法 - Google Patents

一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多栅指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。

Description

一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，特别是涉及一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法。
背景技术
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/GaN HEMT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/GaN HEMT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/GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor，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/GaN HEMT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/GaN HEMT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。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明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，本发明提供一种多栅指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。
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。
本发明还提供一种多栅指AlGaN/GaN HETM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、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S2在低频率、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S3在高频率、cold pinchoff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、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数。
优选地，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+Cgd
Cgso＝Cpg+Cpgi+Cgs
Cdso＝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。
优选地，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：
其中，δZg、δZd、δZs是与模型本证参数相关的修正项，忽略修正项，将去嵌寄生电容后的Z参数都乘以ω并取其虚部有：
根据Z参数的虚部得到Im[Zij]关于w2的曲线，寄生电感Lg、Ls及Ld的初值由该曲线的斜率提取得到。
优选地，所述步骤3)中得到栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi的初值的具体方法为：量测外围开路的S参数，并将S参数变换得到Y参数，经转换得到以下公式：
其中，Cgdo、Cgso、Cdso为比例缩放因子，W为器件栅宽；根据Y参数虚部频率响应Im(Yij)/ω随器件栅宽W的线性关系，经过线性拟合的截距分别得出栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi的初值。
优选地，所述步骤4)中得到寄生电阻Rg、Rs及Rd的初值的具体方法为：将去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的S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：
其中，δZg、δZd、δZs是与模型本证参数相关的修正项，忽略修正项，将去嵌寄生电容与寄生电感后的Z参数都乘以ω2并取其实部有：
w2Re[Z11]＝w2(Rg+Rs)
w2Re[Z22]＝w2(Rd+Rs)
w2Re[Z12]＝w2Rs
根据Z参数的实部得到w2Re[Zij]关于w2的曲线，寄生电阻Rg、Rs及Rd的初值由该曲线的斜率提取得到。
优选地，所述步骤5)中得到本征参数本征电容Cgd、Cgs及Cds、沟道电阻Ri、跨导gm、跨导延迟因子τ及输出导纳Gds电导的数值的具体方法为：根据本征Y参数，得到以下公式：
Y12＝-jwCgd
Y22＝gdse-jwτ+jwCgd+jwCds
将上述公式简化处理得到Ygs、Ygm及Yds：
Yds＝Yi,22+Yi,12＝gdse-jwτ+jwCds
定义：
根据公式Y12＝-jwCgd得到Cgd；对ω～A曲线进行线性拟合得到Cgs；结合已得到的Cgs，对B～ω曲线进行线性拟合得到Ri；结合已得到的Cgs，对ω2～C曲线进行线性拟合得到gm；对ω～D曲线进行线性拟合得到τ；根据公式Yds＝Yi,22+Yi,12＝gdse-jwτ+jwCds得到Gds和Cds。
优选地，搜索过程中使用的误差函数为：
其中，δS为测量S参数与模型仿真S参数之间的差值，δK为由测量S参数计算出的稳定因子与由模型仿真结果的S参数计算出来的稳定因子之差，δG为由测量S参数计算出的有效增益与由模型仿真结果的S参数计算出来的有效增益之差。
优选地，所述其中所述其中 是S11的共轭，Δs＝|S12S21-S11S22|；所述其中
优选地，所述提参方法还包括：步骤S6：量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数，并将S参数变换成得到Y1参数，去嵌步骤1)得到的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd值；将所述去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd的Y1参数变换得到Z1参数，去嵌步骤2)得到的寄生电感Lg、Ls及Ld值；将所述去嵌寄生电感Lg、Ls及Ld值的Z1参数变换得到Y2参数，去嵌步骤4)得到的栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值；将所述去嵌栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值的Y2参数变换得到Z2参数，去嵌步骤4)得到的寄生电阻Rg、Rs及Rd值；将所述去嵌寄生电阻Rg、Rs及Rd值的Z2参数变换成得到本征Y参数。
优选地，所述步骤S6在Vgs>Vpinch-off，Vds>0的条件下量测多栅指AlGaN/GaNHETM器件的S参数。
如上所述，本发明提供的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型及其提参方法，具有以下有益效果：本发明在已有AlGaN/GaN HEMT小信号模型的基础之上，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。本发明针对多栅指器件，实现将HEMT器件的电特性更精准的反映到电路中，为针对于大尺寸器件的大信号模型的建立提供了必要的基础。而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。
附图说明
图1显示为现有技术中的AlGaN/GaN HEMT小信号模型的电路图。
图2显示为本发明的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型所对应的器件横截面的结构示意图。
图3显示为本发明的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的等效电路图。
图4显示为本发明在低频Cold Pinchoff条件下的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的等效电路图。
图5显示为本发明在高频Cold Pinchoff条件下的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法中截止条件下小信号高频等效电路图。
元件标号说明
Cgd、Cgs、Cds 本征电容 Cpg、Cpd、Cpgd 寄生PAD电容
Rgsf 栅源泄漏电阻 Lg、Ld、Ls 寄生电感
Rgdf 栅漏泄漏电阻 Rg、Rd、Rs 寄生电阻
Ri 沟道电阻 Cpgi、Cpdi、Cgdi 栅指电容
Gm 跨导
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图3，本发明提供一种多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型，所述多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型所对应的器件结构如图2所示，后面的具体实例就是对采用这种器件结构的等效电路及提参方法进行的说明。小信号参数的提取是FET半导体器件建模中必不可少的环节，外围寄生参数的准确提取会影响到内部非线性参数的准确性，小信号模型的提取是大信号模型建立的基础，只有保证所有的小信号参数值准确合理，才能够更加准确的建立大信号模型。
实施例一
图3为多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的等效电路图，由如图3可知，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及Cgdi。
具体的，所述本征部分包括本征电容Cgd、Cgs及Cds、寄生电容Cgdi、Cgsi及Cdsi、栅源泄漏电阻Rgsf1、栅漏泄漏电阻Rgdf2、沟道电阻Ri、源漏电阻Rds及跨导Gm。
其中，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。
具体的，所述寄生部分包括寄生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及Cpgdi；其中，
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。
实施例二
针对图2中的器件，选用如图3所示的19参数等效电路模型来仿真器件的小信号特性，其中，寄生参数为12个、本征参数为7个。7个本征参数为本征参数本征电容Cgd、Cgs及Cds、沟道电阻Ri、跨导gm、跨导延迟因子τ及输出导纳Gds电导。12个寄生参数共分为4组，每组3个元件，由外到内分别为：PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd、引线电感Lg、Ls及Ld、栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi、引线电阻Rg、Rs及Rd。本实施例采用迭代优化方法进行多栅指的AlGaN/GaNHEMT器件模型参数的提取。
请参阅图4到图5，本发明提供一种多栅指AlGaN/GaN HEMT小信号模型的提参方法，所述提参方法至少包括以下步骤：
步骤S1：确定栅源、栅漏和源漏分支电容的总电容，并设置搜索范围。
具体的，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，根据总电容的数值设置初值迭代算法的搜索范围。本实施例中模型参数的提取采用A.Jarnal与G.Kompa之前提出的搜索范围Cpg＝Cpd:0-0.5Cdso、Cpgd＝0-0.5Cgdo。
作为示例，在截止条件(Cold Pinchoff偏执条件：Vgs<-Vp，Vds＝0V)下，电容阻抗比较大，小信号等效电路可简化为如图4所示的电容网络。如图4所示，在低频率(低于5GHz)、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的的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+Cgd
Cgso＝Cpg+Cpgi+Cgs
Cdso＝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。
具体的，将Cold Pinchoff偏置条件下测得的S参数导入ADS软件的S2P插件中，并经函数Y＝stoy(S,50)将S参数转换成Y参数，添加C1、C2及C3对应的公式后对原理图进行仿真，便可得到C1、C2及C3(即栅源、栅漏和漏源分支电容的总电容Cgso、Cgdo、Cdso)随频率变化的曲线图。
w＝2*pi*freq
C1＝(imag(Y11)+imag(Y12))/w
C2＝-imag(Y12)/w
C3＝(imag(Y22)+imag(Y12))/w
频率范围是0.1GHz-40GHz，可以从仿真出的曲线上在低频范围(<5GHz)的S参数得到栅源、栅漏和漏源分支电容的总电容Cgso、Cgdo、Cdso的值。
根据总电容的数值设置初值迭代算法的搜索范围：Cpg＝Cpd:0-0.5Cdso、Cpgd:0-0.5Cgdo。
步骤S2：寄生PAD电容值的提取。
具体的，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。
作为示例，在步骤S1设置的搜索范围Cpg＝Cpd:0-0.5Cdso、Cpgd＝0-0.5Cgdo内，设置寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd的初值为Cpg＝Cpd＝0、Cpgd＝0，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。
步骤S3：寄生电感值的提取。
具体的，量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数，将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤1)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，在设置的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电感Lg、Ls及Ld的值作为最终提取的寄生电感Lg、Ls及Ld的值。
作为示例，根据图5所示的等效电路，在高频率、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数，将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤1)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参数获得寄生电感和寄生电阻的关系式如下：
其中，δZg、δZd、δZs是与模型本证参数相关的修正项，忽略修正项，将去嵌寄生电容后的Z参数都乘以ω并取其虚部有：
根据Z参数的虚部得到Im[Zij]关于w2的曲线，寄生电感Lg、Ls及Ld初值可由该曲线的斜率提取到。
然后，在设置的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电感Lg、Ls及Ld的值作为最终提取的寄生电感Lg、Ls及Ld的值。
步骤S4：栅指电容值的提取。
具体的，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。
作为示例，根据图4所示的等效电路图，在低频率、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数，并将S参数变换得到Y参数，经转换得到以下公式：
其中，Cgdo、Cgso、Cdso为比例缩放因子，W为器件栅宽；根据Y参数虚部频率响应Im(Yij)/ω随器件栅宽W的线性关系，经过线性拟合的截距即可分别得出栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi的初值。
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：寄生电阻值的提取。
具体的，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1)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。
作为示例，根据图5所示的等效电路图，在高频率、cold pinchoff偏执条件(截止条件)下量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数，并将S参数变换得到Y参数，去嵌步骤1)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参数获得寄生电感和寄生电阻的关系式如下：
在提取寄生电阻值之前要去嵌寄生电容与寄生电感，然而不完全去嵌会导致去嵌Z参数实部随频率是非线性变化的。而不完全去嵌在通过迭代算法得到初值的过程中是很容易发生的，因为迭代算法中的寄生电容中是从初值0开始循环迭代计算的，并以此为起始完成后续所有的计算过程，很显然，在任何一次完整的迭代过程都存在不完全去嵌的风险。将去嵌寄生电容与寄生电感后的Z参数乘以w2，便可将不完全去嵌造成的不良影响降低。δZg、δZd、δZs是与模型本证参数相关的修正项，忽略修正项，将去嵌寄生电容与寄生电感后的Z参数都乘以ω2并取其实部有：
w2Re[Z11]＝w2(Rg+Rs)
w2Re[Z22]＝w2(Rd+Rs)
w2Re[Z12]＝w2Rs
通过线性回归方法，根据Z参数的实部得到w2Re[Zij]关于w2的曲线，通Rg+Rs、Rd+Rs与Rs初值由该曲线的斜率提取得到，进而得到寄生电阻Rg、Rs及Rd的初值。
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。
为保证所提取的模型参数更加符合设计精度和模型收敛的要求，本实施例中提取到的小信号模型参数要小范围内进行优化，优化过程需要一个目标函数用于判断和评估小信号模型参数的准确性。优化问题是一个非线性的多维问题，其目标函数可能会使有些参数出现多个局部最小值，且测试本身也有诸多不确定的因素，因此优化过程中，确定合理的目标函数很关键。
高频范围内，器件的电流与电压均不能直接测量，要采用S参数来表征器件的小信号特性，S参数可准确反映出电路设计过程中输入输出阻抗及增益等器件特性，因而微波器件的高频性能可由S参数评估。将模型仿真S参数与测试S参数间的误差函数(反映了S参数的准确度)作为一个评判指标。其中，本实施例中，搜索过程中使用的误差函数为：
其中，δS为测量S参数与模型仿真S参数之间的差值，δK为由测量S参数计算出的稳定因子与由模型仿真结果的S参数计算出来的稳定因子之差，δG为由测量S参数计算出的有效增益与由模型仿真结果的S参数计算出来的有效增益之差。
具体的，
其中，Wij＝max|Sij|，i,j＝1,2；i≠j；Wii＝1+|Sii|,i＝1,2；N为实际测量的点数，δS为测量S参数与模型仿真S参数之间的差值。
其中，
AlGaN/GaN HEMT器件最主要的用途是功率放大器设计，而且根据实际需要，所制作的器件也是用于MMIC功率放大器的设计。匹配网络的稳定因子是功率放大器中的一个重要参数，也可将其作为其中一个评判指标。
稳定因子K及误差因子εK的表达式如下：
其中是S11的共轭，Δs＝|S12S21-S11S22|，δK为由测量S参数计算出的稳定因子与由模型仿真结果的S参数计算出来的稳定因子之差。
此外，由于对不稳定的器件来讲，有效增益仍是有限值，相对单向功率增益与资用功率增益更加合理，故我们将有效增益作为另一个评价指标。其误差表达式如下：
其中，δG为由测量S参数计算出的有效增益与由模型仿真结果的S参数计算出来的有效增益之差。
为了同时反映上面的三个评判指标，将上述三个误差合成一个误差整体ε作为目标误差函数优化小信号S参数，由此得到的小信号模型参数值将更加准确。
在所有计算得到的误差函数值中以最小误差εmin对应的寄生参数作为最终提取的寄生参数值。
通过步骤S1到步骤S5中介绍的寄生参数提取方法，已得到多栅指AlGaN/GaN HEMT器件所有的寄生参数值。测试器件正常工作状态Vgs>Vpinch-off，Vds>0V时的S参数，再通过去嵌寄生参数即可获得本证部分的S参数，最后通过求解表达式而得到所有内部本征参数值，本实施例中为本征参数本征电容Cgd、Cgs及Cds、沟道电阻Ri、跨导gm、跨导延迟因子τ及输出导纳Gds电导的数值。
具体的，步骤S6：量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数，并将S参数变换成得到Y1参数，去嵌步骤1)得到的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd值；将所述去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd的Y1参数变换得到Z1参数，去嵌步骤2)得到的寄生电感Lg、Ls及Ld值；将所述去嵌寄生电感Lg、Ls及Ld值的Z1参数变换得到Y2参数，去嵌步骤4)得到的栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值；将所述去嵌栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值的Y2参数变换得到Z2参数，去嵌步骤4)得到的寄生电阻Rg、Rs及Rd值；将所述去嵌寄生电阻Rg、Rs及Rd值的Z2参数变换成得到本征Y参数。
作为示例，在Vgs>Vpinch-off，Vds>0的条件下量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数，并将S参数变换成得到Y1参数，去嵌步骤1)得到的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd值；将所述去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd的Y1参数变换得到Z1参数，去嵌步骤2)得到的寄生电感Lg、Ls及Ld值；将所述去嵌寄生电感Lg、Ls及Ld值的Z1参数变换得到Y2参数，去嵌步骤4)得到的栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值；将所述去嵌栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值的Y2参数变换得到Z2参数，去嵌步骤4)得到的寄生电阻Rg、Rs及Rd值；将所述去嵌寄生电阻Rg、Rs及Rd值的Z2参数变换成得到本征Y参数。
由二端口网络理论，根据本征Y参数，得到以下所示的等效Y参数表达式：
Y12＝-jwCgd
Y22＝gdse-jwτ+jwCgd+jwCds
为了消除内部本征参数对频率的依赖性，根据上面的Y参数等式进行简化，采用简单的线性拟合对本征参数进行求解。
将上述公式简化处理得到Ygs、Ygm及Yds：
Yds＝Yi,22+Yi,12＝gdse-jwτ+jwCds
定义：
根据公式Y12＝-jwCgd即可得到Cgd；对ω～A曲线进行线性拟合即可得到Cgs；结合已得到的Cgs，对B～ω曲线进行线性拟合即可得到Ri；结合已得到的Cgs，对ω2～C曲线进行线性拟合即可得到gm；对ω～D曲线进行线性拟合即可得到τ；根据公式Yds＝Yi,22+Yi,12＝gdse-jwτ+jwCds即可得到Gds和Cds。
综上所述，本发明在已有AlGaN/GaN HEMT小信号模型的基础之上，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及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。本发明针对多栅指器件，实现将HEMT器件的电特性更精准的反映到电路中，为针对于大尺寸器件的大信号模型的建立提供了必要的基础。而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。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种多栅指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。
2.根据权利要求1所述的多栅指AlGaN/GaN HETM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/GaN HETM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/GaN HETM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/GaN HETM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/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤S1在低频率、cold pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S2在低频率、cold pinchoff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 pinchoff偏执条件下量测外围开路的S参数；所述步骤S5在高频率、cold pinchoff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/GaN HETM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+Cgd
Cgso＝Cpg+Cpgi+Cgs
Cdso＝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/GaN HETM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：
<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mn>11</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mi>g</mi> <mo>+</mo> <mi>R</mi> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <mi>j</mi> <mi>w</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>L</mi> <mi>g</mi> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>j</mi> <mi>w</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>C</mi> <mi>g</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>C</mi> <mi>s</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>Z</mi> <mi>g</mi> </mrow>
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其中，δZg、δZd、δZs是与模型本证参数相关的修正项，忽略修正项，将去嵌寄生电容后的Z参数都乘以ω并取其虚部有：
<mrow> <mi>Im</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>wZ</mi> <mn>11</mn> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>L</mi> <mi>g</mi> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>C</mi> <mi>g</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>C</mi> <mi>s</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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根据Z参数的虚部得到Im[Zij]关于w2的曲线，寄生电感Lg、Ls及Ld的初值由该曲线的斜率提取得到。
9.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：
所述步骤3)中得到栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi的初值的具体方法为：
量测外围开路的S参数，并将S参数变换得到Y参数，经转换得到以下公式：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>Im</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>11</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>w</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>g</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>g</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>g</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>W</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>d</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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其中，Cgdo、Cgso、Cdso为比例缩放因子，W为器件栅宽；根据Y参数虚部频率响应Im(Yij)/ω随器件栅宽W的线性关系，经过线性拟合的截距分别得出栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi的初值。
10.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤4)中得到寄生电阻Rg、Rs及Rd的初值的具体方法为：将去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd初值的S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：
<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mn>11</mn> </msub> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mi>g</mi> <mo>+</mo> <mi>R</mi> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <mi>j</mi> <mi>w</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>L</mi> <mi>g</mi> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>j</mi> <mi>w</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>C</mi> <mi>g</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>C</mi> <mi>s</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>Z</mi> <mi>g</mi> </mrow>
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其中，δZg、δZd、δZs是与模型本证参数相关的修正项，忽略修正项，将去嵌寄生电容与寄生电感后的Z参数都乘以ω2并取其实部有：
w2Re[Z11]＝w2(Rg+Rs)
w2Re[Z22]＝w2(Rd+Rs)
w2Re[Z12]＝w2Rs
根据Z参数的实部得到w2Re[Zij]关于w2的曲线，寄生电阻Rg、Rs及Rd的初值由该曲线的斜率提取得到。
11.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤5)中得到本征参数本征电容Cgd、Cgs及Cds、沟道电阻Ri、跨导gm、跨导延迟因子τ及输出导纳Gds电导的数值的具体方法为：根据本征Y参数，得到以下公式：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mn>11</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow>
Y12＝-jwCgd
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mn>21</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </msub> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mi>w</mi> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow>
Y22＝gdse-jwτ+jwCgd+jwCds
将上述公式简化处理得到Ygs、Ygm及Yds：
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>11</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>12</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>jwR</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>21</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mn>12</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </msub> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mi>w</mi> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
Yds＝Yi,22+Yi,12＝gdse-jwτ+jwCds
定义：
<mrow> <mi>B</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mi>Im</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <msub> <mi>wR</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>j</mi> </mrow>
<mrow> <mi>C</mi> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow>
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>jwC</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>Y</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <msub> <mi>g</mi> <mi>m</mi> </msub> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mi>w</mi> <mi>&amp;tau;</mi> </mrow> </msup> </mrow>
根据公式Y12＝-jwCgd得到Cgd；对ω～A曲线进行线性拟合得到Cgs；结合已得到的Cgs，对B～ω曲线进行线性拟合得到Ri；结合已得到的Cgs，对ω2～C曲线进行线性拟合得到gm；对ω～D曲线进行线性拟合得到τ；根据公式Yds＝Yi,22+Yi,12＝gdse-jwτ+jwCds得到Gds和Cds。
12.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：搜索过程中使用的误差函数为：
<mrow> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>S</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>K</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>G</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> </mrow>
其中，δS为测量S参数与模型仿真S参数之间的差值，δK为由测量S参数计算出的稳定因子与由模型仿真结果的S参数计算出来的稳定因子之差，δG为由测量S参数计算出的有效增益与由模型仿真结果的S参数计算出来的有效增益之差。
13.根据权利要求12所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：
所述其中
所述其中 是S11的共轭，Δs＝|S12S21-S11S22|；
所述其中
14.根据权利要求4所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述提参方法还包括：
步骤S6：量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数，并将S参数变换成得到Y1参数，去嵌步骤1)得到的寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd值；将所述去嵌寄生PAD电容Cpg、Cpd及Cpgd的Y1参数变换得到Z1参数，去嵌步骤2)得到的寄生电感Lg、Ls及Ld值；将所述去嵌寄生电感Lg、Ls及Ld值的Z1参数变换得到Y2参数，去嵌步骤4)得到的栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值；将所述去嵌栅指电容Cpgi、Cpdi及Cgdi值的Y2参数变换得到Z2参数，去嵌步骤4)得到的寄生电阻Rg、Rs及Rd值；将所述去嵌寄生电阻Rg、Rs及Rd值的Z2参数变换成得到本征Y参数。
15.根据权利要求14所述的多栅指AlGaN/GaN HETM小信号模型的提参方法，其特征在于：所述步骤S6在Vgs>Vpinch-off，Vds>0的条件下量测多栅指AlGaN/GaN HETM器件的S参数。
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