CN110717241B - 一种InP HEMT小信号等效电路模型及其参数提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种InP HEMT小信号等效电路模型及其参数提取方法，所述小信号等效电路模型包括，包括连接的本征模块和寄生模块，本征模块包括栅源本征单元、栅漏本征单元、源漏本征单元和衬底本征单元，其中，栅源本征单元分别连接栅极内节点和源极内节点；栅漏本征单元分别连接栅极内节点和漏极内节点；源漏本征单元的一端连接在栅漏本征单元与漏极内节点之间的节点处，另一端连接源极内节点；衬底本征单元分别连接漏极内节点和源极内节点。本发明的InP HEMT小信号等效电路模型，增加了本征衬底电阻和本征衬底电容串联网络，用于表征衬底损耗效应，克服了高频拟合精度不准确的问题，显著提高了模型在高频下的拟合精度。

Description

一种InP HEMT小信号等效电路模型及其参数提取方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种InP HEMT小信号等效电路模型及其参数提取方法。

背景技术

InP HEMT是磷化铟高电子迁移率场效应晶体管，其广泛应用于微波波段功率放大器、毫米波段功率放大器、太赫兹波段功率放大器或低噪声放大器等单片集成电路(MMIC)中。随着InP HEMT应用的不断开拓，建立器件精确的大信号等效电路模型、噪声等效电路模型以及快速准确的参数提取方法，对InP HEMT的电路设计具有十分重要的意义，其中，小信号等效电路模型作为大信号等效电路模型、噪声等效电路模型的重要组成部分，逐渐成为微电子技术领域研究的重点和热点。

小信号等效电路模型由InP HEMT的拓扑结构决定，InP HEMT的拓扑结构用于表征器件本身的结构特性，也就是说小信号等效电路模型参数具有其特有的物理意义，器件结构的变化会导致小信号模型参数的变化，从而可以通过小信号模型指导工艺步骤，改进器件结构，进而指导器件性能改进的方向。因此研究小信号等效电路模型对于器件设计也具有十分重要的意义。

对于InP HEMT器件而言，由于其在高频下具有良好的增益噪声特性，因此应用的频率范围相对较高，而传统的HEMT小信号等效电路模型往往不能够准确的表征器件的高频特性，因此对于InP HEMT而言，如何建立能够表征器件高频特性的InP HEMT小信号等效电路模型具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种InP HEMT小信号等效电路模型及其参数提取方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种InP HEMT小信号等效电路模型，包括连接的本征模块和寄生模块，所述本征模块包括栅源本征单元、栅漏本征单元、源漏本征单元和衬底本征单元，其中，

所述栅源本征单元分别连接栅极内节点和源极内节点，用于表征栅极对源极的调控；

所述栅漏本征单元分别连接所述栅极内节点和漏极内节点，用于表征所述栅极对漏极的调控；

所述源漏本征单元的一端连接在所述栅漏本征单元与所述漏极内节点之间的节点处，另一端连接所述源极内节点，用于表征所述源极与所述漏极的输出效应；

所述衬底本征单元分别连接所述漏极内节点和所述源极内节点，用于表征衬底的损耗效应。

在本发明的一个实施例中，所述寄生模块包括栅极寄生单元、源极寄生单元、漏极寄生单元和栅漏寄生单元，其中，

所述栅极寄生单元分别连接所述栅极内节点、栅极外节点和接地端，用于表征测试过程中所述栅极的外部寄生参数；

所述源极寄生单元分别连接所述源极内节点和源极外节点，所述源极外节点连接所述接地端，用于表征测试过程中所述源极的外部寄生参数；

所述漏极寄生单元分别连接所述漏极内节点、漏极外节点和所述接地端，用于表征测试过程中所述漏极的外部寄生参数；

所述栅漏寄生单元分别连接所述栅极外节点和所述漏极外节点，用于表征测试过程中所述栅极与所述漏极之间的外部寄生参数。

在本发明的一个实施例中，所述栅源本征单元包括串接在所述栅极内节点与所述源极内节点之间的本征栅源电容和本征沟道电阻；

所述栅漏本征单元包括串接在所述栅极内节点与所述漏极内节点之间的本征栅漏电容和本征栅漏电阻；

所述源漏本征单元包括并联在所述本征栅漏电阻与所述源极内节点之间的电压控制电流源、本征源漏电导和本征源漏电容；

所述衬底本征单元包括串接在所述漏极内节点与所述源极内节点之间的本征衬底电容和本征衬底电阻。

在本发明的一个实施例中，所述栅极寄生单元包括栅极寄生电容、栅极寄生电感和栅极寄生电阻，所述栅极寄生电容分别连接所述栅极外节点和所述接地端，所述栅极寄生电感和所述栅极寄生电阻串接在所述栅极外节点与所述栅极内节点之间；

所述源极寄生单元包括串接在所述源极外节点与所述源极内节点之间的源极寄生电感和源极寄生电阻；

所述漏极寄生单元包括漏极寄生电容、漏极寄生电感和漏极寄生电阻，所述漏极寄生电容分别连接所述漏极外节点和所述接地端，所述漏极寄生电感和所述漏极寄生电阻串接在所述漏极外节点与所述漏极内节点之间；

所述栅漏寄生单元包括栅漏寄生电容，所述栅漏寄生电容分别连接所述栅极外节点和所述漏极外节点。

本发明还提供了一种InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，适用于上述任一项所述的InP HEMT小信号等效电路模型，包括：

根据InP HEMT器件的开路去嵌结构的散射参数，提取寄生电容；

根据InP HEMT器件的短路去嵌结构的散射参数，提取寄生电感和寄生电阻；

根据所述寄生电容、所述寄生电感、所述寄生电阻和在片测试所述InP HEMT器件的散射参数，得到本征导纳参数；

根据所述本征导纳参数，得到所述InP HEMT器件小信号等效电路模型的本征参数，所述本征参数包括本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub。

在本发明的一个实施例中，根据InP HEMT器件的开路去嵌结构的散射参数，提取寄生电容，包括：

测试得到InP HEMT器件的开路去嵌结构的散射参数，并将其转换为导纳参数，根据所述导纳参数，得到栅极寄生电容C_pg、漏极寄生电容C_pd和栅漏寄生电容C_pgd的值，

其中，Y₁₁表示输出短路时输入导纳，Y₂₁表示输出短路时正向输出导纳，Y₁₂表示输入短路时反向输出导纳，Y₂₂表示输入短路时输出导纳，ω表示角频率，Im表示取虚部。

在本发明的一个实施例中，根据InP HEMT器件的短路去嵌结构的散射参数，提取寄生电感和寄生电阻，包括：

测试得到InP HEMT器件的短路去嵌结构的散射参数，并将其转换为阻抗参数，根据所述阻抗参数，得到栅极寄生电感L_g、源极寄生电感L_s、漏极寄生电感L_d、栅极寄生电阻R_g、源极寄生电阻R_s和漏极寄生电阻R_d的值，

其中，Z₁₁表示输出短路时输入阻抗，Z₂₁表示输出短路时正向输出阻抗，Z₁₂表示输入短路时反向输出阻抗，Z₂₂表示输入短路时输出阻抗，ω表示角频率，Im表示取虚部，Re表示取实部。

在本发明的一个实施例中，根据所述寄生电容、所述寄生电感、所述寄生电阻和在片测试所述InP HEMT器件的散射参数，得到本征导纳参数，包括：

将在片测试所述InP HEMT器件的散射参数转化为导纳参数，利用导纳矩阵去除所述寄生电容的值；

将去除所述寄生电容的导纳参数转化为阻抗参数，去除所述寄生电感和所述寄生电阻的值；

将去除所述寄生电感和所述寄生电阻的阻抗参数转化为导纳参数，得到本征导纳参数。

在本发明的一个实施例中，根据所述本征导纳参数，得到所述InPHEMT器件小信号等效电路模型的本征参数，包括：

根据所述本征导纳参数Y₁₁、Y₁₂和Y₂₁，得到本征栅源电容C_gs、本征栅漏电容C_gd、本征沟道电阻R_i、本征跨导g_m、延迟因子τ_gs和本征栅漏电阻R_gd的值，

R_i＝Re[1/(Y₁₁+Y₁₂)]，

其中，Y₁₁表示输出短路时输入导纳，Y₂₁表示输出短路时正向输出导纳，Y₁₂表示输入短路时反向输出导纳，ω表示角频率，Im表示取虚部，Re表示取实部；

根据所述本征导纳参数Y₂₂、Y₁₂和误差函数error，得到本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值。

在本发明的一个实施例中，根据所述本征导纳参数Y₂₂、Y₁₂和误差函数error，得到本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值，包括：

构建所述误差函数error，

其中，S_{(2,2)measured}表示测试数据的输出反射系数，S_(2,2)modeled表示模型拟合的输出反射系数；

当ω²C_sub ²R_sub ²＜＜1时，获取所述本征导纳参数Y₂₂与Y₁₂的实部与虚部，

Re(Y₂₂+Y₁₂)＝ω²C_sub ²R_sub+g_ds，

Im(Y₂₂+Y₁₂)＝ωC_sub+ωC_ds，

根据二次函数拟合得到C_sub ²R_sub和g_ds，令M＝C_sub ²R_sub，N＝C_sub+C_ds；

令本征衬底电容C_sub依次取{0,0.1,0.2,...,N}，得到若干组所述误差函数error的值，选择所述误差函数error取得最小值时对应的本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的InP HEMT小信号等效电路模型，增加了本征衬底电阻和本征衬底电容串联网络，用于表征衬底损耗效应，克服了高频拟合精度不准确的问题，显著提高了模型在高频下的拟合精度。

本发明的InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，针对本征衬底电阻和本征衬底电容参数不能直接提取的问题，利用误差函数最小值的方法，可以快速准确地提取所有参数，提高了InP HEMT小信号等效电路模型的拟合精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种InP HEMT小信号等效电路模型的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种开路去嵌结构的等效电路图；

图5是本发明实施例提供的一种短路去嵌结构的等效电路图；

图6a是本发明实施例提供的一种引入本征衬底电阻与本征衬底电容后的小信号等效电路参数Y₂₂虚部的改善情况对比图；

图6b是本发明实施例提供的一种引入本征衬底电阻与本征衬底电容后的小信号等效电路参数Y₂₂实部的改善情况对比图；

图7是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型散射参数测试结果与模拟仿真结果的对比图；

图8是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型引入本征衬底电阻与本征衬底电容后的小信号等效电路模型与测试数据误差改善对比图。

附图标记说明

100-本征模块；101-本征单元；C_gs-本征栅源电容；R_i-本征沟道电阻；102-栅漏本征单元；C_gd-本征栅漏电容；R_gd-本征栅漏电阻；103-源漏本征单元；CS-电压控制电流源；g_ds-本征源漏电导；C_ds-本征源漏电容；104-衬底本征单元；C_sub-本征衬底电容；R_sub-本征衬底电阻；200-寄生模块；201-栅极寄生单元；C_pg-栅极寄生电容；L_g-栅极寄生电感；R_g-栅极寄生电阻；202-源极寄生单元；L_s-源极寄生电感；R_s-源极寄生电阻；203-漏极寄生单元；C_pd-漏极寄生电容；L_d-漏极寄生电感；R_d-漏极寄生电阻；204-栅漏寄生单元；C_pgd-栅漏寄生电容；G’-栅极内节点；G-栅极外节点；S’-源极内节点；S-源极外节点；D’-漏极内节点；D-漏极外节点；GND-接地端。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种InP HEMT小信号等效电路模型进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型的结构示意图，如图所示，本实施例的InP HEMT小信号等效电路模型，包括连接的本征模块100和寄生模块200。具体地，本征模块100(虚框线以内)包括栅源本征单元101、栅漏本征单元102、源漏本征单元103和衬底本征单元104，其中，栅源本征单元101分别连接栅极内节点G’和源极内节点S’，用于表征栅极对源极的调控；栅漏本征单元102分别连接栅极内节点G’和漏极内节点D’，用于表征所述栅极对漏极的调控；源漏本征单元103的一端连接在栅漏本征单元102与漏极内节点D’之间的节点处，另一端连接源极内节点S’，用于表征所述源极与所述漏极的输出效应；衬底本征单元104分别连接漏极内节点D’和源极内节点S’，用于表征衬底的损耗效应。

进一步地，寄生模块200(虚框线以外)包括栅极寄生单元201、源极寄生单元202、漏极寄生单元203和栅漏寄生单元204，其中，栅极寄生单元201分别连接栅极内节点G’、栅极外节点G和接地端GND，用于表征测试过程中所述栅极的外部寄生参数；源极寄生单元202分别连接源极内节点S’和源极外节点S，源极外节点S连接接地端GND，用于表征测试过程中所述源极的外部寄生参数；漏极寄生单元203分别连接漏极内节点D’、漏极外节点D和接地端GND，用于表征测试过程中所述漏极的外部寄生参数；栅漏寄生单元204分别连接栅极外节点G和漏极外节点D，用于表征测试过程中所述栅极与所述漏极之间的外部寄生参数。

本实施例的InP HEMT小信号等效电路模型，在本征单元的源端和漏端之间增加了衬底本征单元104，用于表征衬底损耗效应，可以克服由于衬底损耗使得高频拟合精度不准确的问题，从而显著提高了模型在高频下的拟合精度。

实施例二

本实施例是对实施例一的InP HEMT小信号等效电路模型中的各组成单元及连接关系的进一步说明，请参见图2，图2是本发明实施例提供的另一种InP HEMT小信号等效电路模型的结构示意图。如图所示，栅源本征单元101包括串接在栅极内节点G’与源极内节点S’之间的本征栅源电容C_gs和本征沟道电阻R_i；栅漏本征单元102包括串接在栅极内节点G’与漏极内节点D’之间的本征栅漏电容C_gd和本征栅漏电阻R_gd；源漏本征单元103包括并联在本征栅漏电阻R_gd与源极内节点S’之间的电压控制电流源CS、本征源漏电导g_ds和本征源漏电容C_ds，其中，电压控制电流源CS的电流值I＝g_mV_gsexp(jωτ_gs)，g_m表示本征跨导，τ_gs表示延迟因子，V_gs表示栅极与源极之间的电压；衬底本征单元104包括串接在漏极内节点D’与源极内节点S’之间的本征衬底电容C_sub和本征衬底电阻R_sub。

进一步地，栅极寄生单元201包括栅极寄生电容C_pg、栅极寄生电感L_g和栅极寄生电阻R_g，栅极寄生电容C_pg分别连接栅极外节点G和接地端GND，栅极寄生电感L_g和栅极寄生电阻R_g串接在栅极外节点G与栅极内节点G’之间；源极寄生单元202包括串接在源极外节点S与源极内节点S’之间的源极寄生电感L_s和源极寄生电阻R_s；漏极寄生单元203包括漏极寄生电容C_pd、漏极寄生电感L_d和漏极寄生电阻R_d，漏极寄生电容C_pd分别连接漏极外节点D和接地端GND，漏极寄生电感L_d和漏极寄生电阻R_d串接在漏极外节点D与漏极内节点D’之间；栅漏寄生单元204包括栅漏寄生电容C_pgd，栅漏寄生电容C_pgd分别连接栅极外节G和漏极外节点D。

本实施例的InP HEMT小信号等效电路模型，在本征单元的源端和漏端之间增加了本征衬底电容C_sub和本征衬底电阻R_sub串联网络，用于表征衬底损耗效应，增加的C_subR_sub串联网络能够产生一个随频率变化的导纳，可以提高S₂₂的拟合精度，克服了高频拟合精度不准确的问题，从而提高了模型在高频下的拟合精度。

实施例三

本实施例提供了一种InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，适用于实施例二中的InP HEMT小信号等效电路模型，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种InPHEMT小信号等效电路模型参数提取方法的流程示意图，如图所示，本实施例的InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法包括：

S1：根据InP HEMT器件的开路去嵌结构的S参数(散射参数)，提取寄生电容；

具体地，请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种开路去嵌结构的等效电路图，如图所示，测试得到InP HEMT器件的开路去嵌结构的S参数，并将其转换为Y参数(导纳参数)，根据所述Y参数，得到栅极寄生电容C_pg、漏极寄生电容C_pd和栅漏寄生电容C_pgd的值，其中，

式中，Y₁₁表示输出短路时输入导纳，Y₂₁表示输出短路时正向输出导纳，Y₁₂表示输入短路时反向输出导纳，Y₂₂表示输入短路时输出导纳，ω表示角频率，Im表示取虚部。

S2：根据InP HEMT器件的短路去嵌结构的S参数，提取寄生电感和寄生电阻；

具体地，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种短路去嵌结构的等效电路图，如图所示，测试得到InP HEMT器件的短路去嵌结构的S参数，并将其转换为Z参数(阻抗参数)，根据所述Z参数，得到栅极寄生电感L_g、源极寄生电感L_s、漏极寄生电感L_d、栅极寄生电阻R_g、源极寄生电阻R_s和漏极寄生电阻R_d的值，其中，

式中，Z₁₁表示输出短路时输入阻抗，Z₂₁表示输出短路时正向输出阻抗，Z₁₂表示输入短路时反向输出阻抗，Z₂₂表示输入短路时输出阻抗，ω表示角频率，Im表示取虚部，Re表示取实部。

S3：根据所述寄生电容、所述寄生电感、所述寄生电阻和在片测试所述InP HEMT器件的S参数，得到本征Y参数；

具体地，所述步骤S3包括：

S31：将在片测试所述InP HEMT器件的S参数转化为Y参数，利用导纳矩阵去除所述寄生电容的值；

S32：将去除所述寄生电容的Y参数转化为Z参数，去除所述寄生电感和所述寄生电阻的值；

S33：将去除所述寄生电感和所述寄生电阻的Z参数转化为Y参数，得到本征Y参数。

在本实施例中，S参数、Y参数与Z参数之间的相互转换，以及去除所述寄生电容、所述寄生电感和所述寄生电阻的值，均为本领域的常用方法，在此不再赘述。

S4：根据所述本征Y参数，得到所述InP HEMT器件小信号等效电路模型的本征参数。

具体地，所述步骤S4包括：

S41：根据所述本征Y参数Y₁₁、Y₁₂和Y₂₁，得到本征栅源电容C_gs、本征栅漏电容C_gd、本征沟道电阻R_i、本征跨导g_m、延迟因子τ_gs和本征栅漏电阻R_gd的值，其中，

R_i＝Re[1/(Y₁₁+Y₁₂)] (12)

式中，Y₁₁表示输出短路时输入导纳，Y₂₁表示输出短路时正向输出导纳，Y₁₂表示输入短路时反向输出导纳，ω表示角频率，Im表示取虚部，Re表示取实部；

S42：根据所述本征Y参数Y₂₂、Y₁₂和误差函数error，得到本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值。

具体地，所述步骤S42包括：

S421：构建所述误差函数error，

式中，S_{(2,2)measured}表示测试数据的输出反射系数，S_(2,2)modeled表示模型拟合的输出反射系数；

S422：当ω²C_sub ²R_sub ²＜＜1时，获取所述本征Y参数Y₂₂与Y₁₂的实部与虚部，

Re(Y₂₂+Y₁₂)＝ω²C_sub ²R_sub+g_ds (17)，

Im(Y₂₂+Y₁₂)＝ωC_sub+ωC_ds (18)，

具体地，所述本征Y参数Y₁₂的表达式为，

所述本征Y参数Y₂₂的实部和虚部表达式分别为，

当ω²C_sub ²R_sub ²＜＜1时，也就是频率比较低时，ω²C_sub ²R_sub ²近似为零，由公式(19)、(20)和(21)得到公式(17)和(18)。

S423：根据二次函数拟合公式(17)得到C_sub ²R_sub和g_ds，令M＝C_sub ²R_sub，N＝C_sub+C_ds；

S424：令本征衬底电容C_sub依次取{0,0.1,0.2,...,N}，得到若干组所述误差函数error的值，选择所述误差函数error取得最小值时对应的本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值。

本实施例的InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，针对本征衬底电阻和本征衬底电容参数不能直接提取的问题，利用误差函数error最小值的方法，可以快速准确地提取所有参数，提高了InP HEMT小信号等效电路模型的拟合精度。

实施例四

本实施例是对上述实施例提供的InP HEMT小信号等效电路模型及其参数提取方法的仿真实验。在本实施例中，使用的器件是由中科院微电子所设计实现的InP HEMT器件，发射极面积为2×20μm。根据参数提取方法，得到InP HEMT小信号等效电路模型外部寄生参数数值如表1所示。

表1.InP HEMT寄生参数

寄生参数

C<sub>pg</sub>

C<sub>pd</sub>

C<sub>pgd</sub>

L<sub>s</sub>

L<sub>g</sub>

L<sub>d</sub>

R<sub>s</sub>

R<sub>g</sub>

R<sub>d</sub>

数值

21.7fF

21.5fF

3.2fF

3.6nH

67.6nH

66nH

0.06Ω

0.45Ω

0.4Ω

在栅源电压V_gs＝-0.2V，栅漏电压V_ds＝1V的测试条件下，在片测试所述InP HEMT器件的S参数，对S参数去嵌得到本征Y参数，根据去嵌后的本征Y参数，得到本征参数，所述本征参数的数值如表2所示。

表2.InP HEMT本征参数

本征参数

C<sub>gs</sub>

R<sub>i</sub>

C<sub>gd</sub>

R<sub>gd</sub>

g<sub>m</sub>

τ<sub>gs</sub>

g<sub>ds</sub>

C<sub>ds</sub>

R<sub>sub</sub>

C<sub>sub</sub>

数值

17.8fF

30.7Ω

3.25fF

395Ω

34.1mS

0.1ps

0.002mS

3.4fF

488Ω

4.22fF

将所述寄生参数与所述本征参数与小信号模型拓扑结构相结合，得到本实施例InP HEMT器件的小信号等效电路模型。

请参见图6a和图6b，图6a是本发明实施例提供的一种引入本征衬底电阻与本征衬底电容后的小信号等效电路参数Y₂₂虚部的改善情况对比图；图6b是本发明实施例提供的一种引入本征衬底电阻与本征衬底电容后的小信号等效电路参数Y₂₂实部的改善情况对比图。如图所示，没有引入本征衬底电阻R_sub与本征衬底电容C_sub串联网络时，Y₂₂的实部和虚部均会在高频下低于Y₂₂参数的测试数据；引入本征衬底电阻R_sub与本征衬底电容C_sub串联网络后，会产生一个随频率变化的阻抗，从而改善在高频下Y₂₂的拟合精度，使得模型在高频下的拟合精度更高。

请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型散射参数测试结果与模拟仿真结果的对比图，从图中可以看出，本实施例中的InP HEMT小信号等效电路模型的S参数在0.1GHz-40GHz能够准确的拟合S参数的测试数据，也就是说该模型能够准确的表征本实施例中的InP HEMT的小信号特性。

请参见图8，图8是本发明实施例提供的一种InP HEMT小信号等效电路模型引入本征衬底电阻与本征衬底电容后的小信号等效电路模型与测试数据误差改善对比图，如图所示，引入本征衬底电阻R_sub与本征衬底电容C_sub串联网络后的模型相较于传统模型，其误差在高频下显著降低，能够在高频下更加准确的表征InP HEMT的小信号特性，从而使得模型能够向更高的频率进行外推，使该模型能够适用于更高的频段。

从上述仿真结果可以看出，相较于传统的InP HEMT小信号模型，本实施例的InPHEMT小信号等效电路模型，考虑了在高频下衬底损耗效应对器件小信号输出特性的影响，在本征单元的源端和漏端之间增设了本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub串联网络，该模型能够显著改善高频输出导纳的拟合精度，从而改善模型在高频下小信号S参数的拟合精度。同时针对该模型提出了一套简单明确的参数提取方法，降低参数提取的难度，改善模型的拟合精度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，其特征在于，包括：

根据InP HEMT器件的开路去嵌结构的散射参数，提取寄生电容；

根据InP HEMT器件的短路去嵌结构的散射参数，提取寄生电感和寄生电阻；

根据所述寄生电容、所述寄生电感、所述寄生电阻和在片测试所述InP HEMT器件的散射参数，得到本征导纳参数；

根据所述本征导纳参数，得到所述InP HEMT器件小信号等效电路模型的本征参数，所述本征参数包括本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub，

具体地，包括：

根据本征导纳参数Y₁₁、Y₁₂和Y₂₁，得到本征栅源电容C_gs、本征栅漏电容C_gd、本征沟道电阻R_i、本征跨导g_m、延迟因子τ_gs和本征栅漏电阻R_gd的值，

R_i＝Re[1/(Y₁₁+Y₁₂)]

其中，Y₁₁表示输出短路时输入导纳，Y₂₁表示输出短路时正向输出导纳，Y₁₂表示输入短路时反向输出导纳，ω表示角频率，Im表示取虚部，Re表示取实部；

根据本征导纳参数Y₂₂、Y₁₂和误差函数error，得到本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值，

具体地，

构建所述误差函数error，

其中，S_{(2,2)measured}表示测试数据的输出反射系数，S_(2,2)modeled表示模型拟合的输出反射系数；

当ω²C_sub ²R_sub ²＜＜1时，获取所述本征导纳参数Y₂₂与Y₁₂的实部与虚部，

Re(Y₂₂+Y₁₂)＝ω²C_sub ²R_sub+g_ds

Im(Y₂₂+Y₁₂)＝ωC_sub+ωC_ds；

根据二次函数拟合得到C_sub ²R_sub和g_ds，令M＝C_sub ²R_sub，N＝C_sub+C_ds；

令本征衬底电容C_sub依次取{0,0.1,0.2,...,N}，得到若干组所述误差函数error的值，选择所述误差函数error取得最小值时对应的本征源漏电容C_ds、本征源漏电导g_ds、本征衬底电阻R_sub和本征衬底电容C_sub的值。

2.根据权利要求1所述的InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，其特征在于，根据InP HEMT器件的开路去嵌结构的散射参数，提取寄生电容，包括：

测试得到InP HEMT器件的开路去嵌结构的散射参数，并将其转换为导纳参数，根据所述导纳参数，得到栅极寄生电容C_pg、漏极寄生电容C_pd和栅漏寄生电容C_pgd的值，

其中，Y₁₁表示输出短路时输入导纳，Y₂₁表示输出短路时正向输出导纳，Y₁₂表示输入短路时反向输出导纳，Y₂₂表示输入短路时输出导纳，ω表示角频率，Im表示取虚部。

3.根据权利要求1所述的InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，其特征在于，根据InP HEMT器件的短路去嵌结构的散射参数，提取寄生电感和寄生电阻，包括：

测试得到InP HEMT器件的短路去嵌结构的散射参数，并将其转换为阻抗参数，根据所述阻抗参数，得到栅极寄生电感L_g、源极寄生电感L_s、漏极寄生电感L_d、栅极寄生电阻R_g、源极寄生电阻R_s和漏极寄生电阻R_d的值，

其中，Z₁₁表示输出短路时输入阻抗，Z₂₁表示输出短路时正向输出阻抗，Z₁₂表示输入短路时反向输出阻抗，Z₂₂表示输入短路时输出阻抗，ω表示角频率，Im表示取虚部，Re表示取实部。

4.根据权利要求1所述的InP HEMT小信号等效电路模型参数提取方法，其特征在于，根据所述寄生电容、所述寄生电感、所述寄生电阻和在片测试所述InP HEMT器件的散射参数，得到本征导纳参数，包括：

将在片测试所述InP HEMT器件的散射参数转化为导纳参数，利用导纳矩阵去除所述寄生电容的值；

将去除所述寄生电容的导纳参数转化为阻抗参数，去除所述寄生电感和所述寄生电阻的值；

将去除所述寄生电感和所述寄生电阻的阻抗参数转化为导纳参数，得到本征导纳参数。

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