CN114970419A - 一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型 - Google Patents

一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体器件领域，涉及微电子器件技术领域，具体提供一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，用以解决传统小信号模型难以模拟晶体管的正栅压状态的问题；本发明在本征单元中引入连接于本征栅极节点与本征源极节点之间的栅极并联电阻R l ，用以表征晶体管的肖特基二极管正偏状态、反偏状态不同的导通效应，具有明确的物理意义；同时，采用Y参数方法分析栅极二极管正偏、反偏状态所对应的等效栅极并联电阻值，并结合传统元件完成整个模型参数提取；综上，本发明将InP太赫兹HEMT晶体管小信号模型的应用范围拓展到正、负栅压状态，显著提高模型对InP太赫兹HEMT晶体管正栅压状态的模拟精度。

Description

一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型
技术领域
本发明属于半导体器件领域，涉及微电子器件技术，进一步涉及HEMT晶体管（HighElectron Mobility Transistor、高电子迁移率晶体管）小信号等效电路模型，提供一种能够模拟栅极二极管正偏、反偏状态的InP基HEMT晶体管的小信号等效电路模型，具体为一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型。
背景技术
InP（磷化铟）材料具有高电子迁移率、高饱和漂移速度等特点，与GaN（氮化镓）基HEMT晶体管相比，InP 材料器件具有更好的噪声系数，与GaAs（砷化镓）基HEMT晶体管相比，InP材料具有更高的电子迁移率，可应用于更高频段；因此，InP基HEMT晶体管适用于太赫兹的低噪声放大器设计，对太赫兹频率的电子战、相控阵雷达、卫星通讯与射电天文学等方面均具有较大的意义。
小信号等效电路模型是电路设计与器件特性之间的纽带，针对器件进行建模后，才能将模型嵌入EDA软件，进行电路仿真与设计。针对HEMT晶体管器件，传统小信号模型如图15所示，由于传统HEMT晶体管大多数工作在负栅压状态（Vgs<0V、即栅极二极管反偏状态），该小信号模型忽略二极管的导通效应；然而，InP基HEMT晶体管工艺成熟度较低，在太赫兹工作频段下每级放大器增益普遍偏低，为了获得更高的增益，常工作于正栅压状态（Vgs≥0V）；在正栅压状态下，栅极肖特基二极管会产生一定正向电流，并且栅极二极管接近正偏开启状态，栅极二极管微波信号导通效应难以忽略，导致传统小信号等效电路模型难以模拟InP太赫兹HEMT晶体管的正栅压工作状态。
发明内容
本发明的目的在于针对上述传统小信号等效电路模型难以模拟InP太赫兹HEMT晶体管的正栅压工作状态的问题，提供一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型；本发明对小信号模型进行改进，通过引入栅源并联电阻R l 用以表征晶体管的肖特基二极管正偏状态、反偏状态不同的导通效应，将InP太赫兹HEMT晶体管小信号模型的应用范围拓展到正、负栅压状态，显著提高了小型号模型对InP太赫兹HEMT晶体管正栅压状态的模拟精度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，包括：寄生单元与本征单元，其中，所述寄生单元包括：栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 、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 及漏极寄生电阻R d ，所述本征单元包括：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 及电压控制电流源VCCS；其特征在于，所述本征单元还包括：栅极并联电阻R l ，所述栅极并联电阻R l 连接于本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间。
进一步的，所述本征单元中，所述栅源本征电容C gs 与栅源本征电阻R i 串联后连接于本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间，所述栅漏本征电容C gd 与栅漏本征电阻R gd 串联后连接于本征栅极节点（G’）与本征漏极节点（D’）之间，所述漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 与电压控制电流源VCCS并联后连接于本征漏极节点（D’）与本征源极节点（S’）之间。
进一步的，所述寄生单元中，所述栅源间外层寄生电容C gsa 连接于外部栅极节点（G）与外部源极节点（S）之间，所述栅漏间外层寄生电容C gda 连接于外部栅极节点（G）与外部漏极节点（D）之间，所述漏源间外层寄生电容C dsa 连接于外部漏极节点（D）与外部源极节点（S）之间，所述栅源间内层寄生电容C gsb 连接于寄生栅极节点（G’’）与寄生源极节点（S’’）之间，所述栅漏间内层寄生电容C gdb 连接于寄生栅极节点（G’’）与寄生漏极节点（D’’）之间，所述漏源间内层寄生电容C dsb 连接于寄生漏极节点（D’’）与寄生源极节点（S’’）之间，所述栅极寄生电感L g 连接于外部栅极节点（G）与寄生栅极节点（G’）之间，所述源极寄生电感L s 连接于外部源极节点（S）与寄生源极节点（S’）之间，所述漏极寄生电感L d 连接于外部漏极节点（D）与寄生漏极节点（D’）之间，所述栅极寄生电阻R g 连接于寄生栅极节点（G’’）与本征栅极节点（G’）之间，所述源极寄生电阻R s 连接于寄生源极节点（S’’）与本征源极节点（S’）之间，所述漏极寄生电阻R d 连接于寄生漏极节点（D’’）与本征漏极节点（D’）之间。
进一步的，所述小信号模型的参数提取过程包括以下步骤：
步骤1、在预设工作频段内，测量待测晶体管在冷管状态、负栅压状态、正栅压状态下的S参数；并由S参数计算得到对应的Y参数与Z参数；
步骤2、在冷管状态（栅源电压Vgs≤0V、漏源电压Vds=0V）下提取寄生单元的寄生参数；根据待测晶体管在冷管状态下低频段的Y参数，提取寄生参数：栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb ；根据待测晶体管在冷管状态下高频段的Z参数，提取寄生参数：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 ；
步骤3、在负栅压状态（栅源电压Vgs≤0V、漏源电压Vds>0V）下提取本征单元的本征参数；根据待测晶体管在负栅压状态下全频段的Y参数，提取本征参数：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS；并且，设置栅极并联电阻R l 为≥5000欧姆；
步骤4、在正栅压状态（栅源电压Vgs>0V、漏源电压Vds>0V）下提取本征单元的本征参数；根据待测晶体管在正栅压状态下全频段的Y参数，采用步骤3提取本征参数：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS；
根据待测晶体管在正栅压状态下低频段的Y参数计算栅极并联电阻R l ：
Figure 672606DEST_PATH_IMAGE001
Figure 693651DEST_PATH_IMAGE002
其中，Y 11表示Y参数中对应项，g m 表示电压控制电流源VCCS的跨导，f表示频率。
进一步的，所述步骤2具体为：
根据待测晶体管在冷管状态下低频段的Y参数，栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 满足方程：
Figure 489569DEST_PATH_IMAGE003
其中，Y 11、Y 12、Y 21、Y 22依次表示Y参数中对应项，ω表示角频率；
根据待测晶体管在冷管状态下高频段的Y参数，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 满足方程：
Figure 446024DEST_PATH_IMAGE004
其中，Z 11、Z 12、Z 22依次表示Z参数中对应项。
进一步的，所述步骤3具体为：
基于步骤2提取的寄生单元的寄生参数，对待测晶体管在负栅压状态下全频段的Y参数进行去嵌，得到本征Y参数Yint；根据本征Y参数Yint，栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS满足方程：
Figure 592971DEST_PATH_IMAGE005
其中，g m 表示电压控制电流源VCCS的跨导，ω表示角频率，τ表示电压控制电流源VCCS的延时；
更进一步的，所述去嵌具体为：根据寄生单元的寄生参数，由栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 计算得到参数Y ext_c1，由栅极寄生电感L g 、源极寄生电感L s 、漏极寄生电感L d 计算得到参数Z ext_l ，由栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 计算得到参数Y ext_c2，由栅极寄生电阻R g 、源极寄生电阻R s 及漏极寄生电阻R d 计算得到参数Z ext_r ，进而得到本征Y参数Yint为：
Figure 417708DEST_PATH_IMAGE006
。
与现有技术相比，本发明的有益结果在于：
本发明提供一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，及其分别在冷管状态、负栅压状态、正栅压状态下对应的参数提取方法；该模型在传统小信号模型的基础上，在本征单元中引入连接于本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间的栅极并联电阻R l ，用以表征InP太赫兹HEMT晶体管的肖特基二极管正偏状态、反偏状态不同的导通效应，具有明确的物理意义；同时，在参数提取过程中，采用Y参数方法分析了栅极二极管正偏、反偏状态所对应的等效栅极并联电阻，并结合传统元件完成整个模型的参数提取，节省了建模时间，提高了模拟精度；综上，本发明将InP太赫兹HEMT晶体管小信号模型的应用范围拓展到正、负栅压状态，显著提高模型对InP太赫兹HEMT晶体管正栅压状态的模拟精度。
附图说明
图1为本发明中InP基HEMT器件小信号等效电路模型结构示意图。
图2为本发明实施例中提取寄生电容时的低频简化等效电路模型结构示意图。
图3为本发明实施例中提取寄生电阻、寄生电感时的高频简化等效电路模型结构示意图。
图4为本发明实施例中提取负栅压状态下本征参数的简化等效电路模型结构示意图。
图5为本发明实施例中提取正栅压状态下栅源并联电阻时的低频简化等效电路模型结构示意图。
图6为本发明实施例中模型在冷管状态（Vgs=-0.6V、Vds=0V）下与测试数据S11参数对比图。
图7为本发明实施例中模型在冷管状态（Vgs=-0.6V、Vds=0V）下与测试数据S12参数对比图。
图8为本发明实施例中模型在冷管状态（Vgs=-0.6V、Vds=0V）下与测试数据S21参数对比图。
图9为本发明实施例中模型在冷管状态（Vgs=-0.6V、Vds=0V）下与测试数据S22参数对比图。
图10为本发明实施例中模型在负栅压状态（Vgs=-0.1V、Vds=0.6V）下与测试数据S11参数对比图。
图11为本发明实施例中模型在负栅压状态（Vgs=-0.1V、Vds=0.6V）下与测试数据S12参数对比图。
图12为本发明实施例中模型在负栅压状态（Vgs=-0.1V、Vds=0.6V）下与测试数据S21参数对比图。
图13为本发明实施例中模型在负栅压状态（Vgs=-0.1V、Vds=0.6V）下与测试数据S22参数对比图。
图14为本发明实施例中模型在正栅压状态（Vgs=0.6V、Vds=0.8V）下与传统模型、测试数据S参数对比图。
图15为传统InP基HEMT晶体管小信号等效电路模型的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案与有益效果更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其结构如图1所示，包括：寄生单元与本征单元，具有以下节点：晶体管外部栅极节点（G）、晶体管外部源极节点（S）、晶体管外部漏极节点（D）、本征栅极节点（G’）、本征源极节点（S’）、本征漏极节点（D’）、寄生栅极节点（G’’）、寄生源极节点（S’’）、寄生漏极节点（D’’）；更为具体的讲：
所述本征单元包括：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS以及栅极并联电阻R l ，所述栅源本征电容C gs 与栅源本征电阻R i 串联后连接于本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间，所述栅漏本征电容C gd 与栅漏本征电阻R gd 串联后连接于本征栅极节点（G’）与本征漏极节点（D’）之间，所述漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 与电压控制电流源VCCS并联后连接于本征漏极节点（D’）与本征源极节点（S’）之间，所述栅极并联电阻R l 连接于
本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间；
所述寄生单元包括：栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 、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 及漏极寄生电阻R d ，所述栅源间外层寄生电容C gsa 连接于外部栅极节点（G）与外部源极节点（S）之间，所述栅漏间外层寄生电容C gda 连接于外部栅极节点（G）与外部漏极节点（D）之间，所述漏源间外层寄生电容C dsa 连接于外部漏极节点（D）与外部源极节点（S）之间，所述栅源间内层寄生电容C gsb 连接于寄生栅极节点（G’’）与寄生源极节点（S’’）之间，所述栅漏间内层寄生电容C gdb 连接于寄生栅极节点（G’’）与寄生漏极节点（D’’）之间，所述漏源间内层寄生电容C dsb 连接于寄生漏极节点（D’’）与寄生源极节点（S’’）之间，所述栅极寄生电感L g 连接于外部栅极节点（G）与寄生栅极节点（G’）之间，所述源极寄生电感L s 连接于外部源极节点（S）与寄生源极节点（S’）之间，所述漏极寄生电感L d 连接于外部漏极节点（D）与寄生漏极节点（D’）之间，所述栅极寄生电阻R g 连接于寄生栅极节点（G’’）与本征栅极节点（G’）之间，所述源极寄生电阻R s 连接于寄生源极节点（S’’）与本征源极节点（S’）之间，所述漏极寄生电阻R d 连接于寄生漏极节点（D’’）与本征漏极节点（D’）之间。
本实施例中上述模型的改进之处在于：本征栅极节点（G’）和本征源极节点（S’）之间引入本征元件：栅极并联电阻R l ，模拟随偏置变化的二极管导通效应。
进一步的，本实施例还提供上述小信号模型的参数提取过程，并具体以50nm的InPHEMT晶体管为例进行说明，其工作频段为10~110GHz；具体包括以下步骤：
步骤1、在预设工作频段内，测量待测晶体管在冷管状态、负栅压状态、正栅压状态下的S参数；并由S参数计算得到对应的Y参数与Z参数；需要说明的是：由于包含2个测试端口，Y参数与Z参数分别包含对应项Y 11、Y 12、Y 21、Y 22与对应项Z 11、Z 12、Z 21、Z 22，每个对应项的具体含义为本领域公知常识，此处不再赘述，S参数与Y参数、Z参数的计算过程也无需赘述，Y参数与Z参数具体为：
Figure 5815DEST_PATH_IMAGE007
步骤2、在冷管状态（栅源电压Vgs≤0V、漏源电压Vds=0V）下提取寄生单元的寄生参数，此时栅极二极管处于反偏状态下，采用低频段的测试Y参数计算寄生电容，采用高频段的测试Z参数计算电感与电阻；需要说明的是：当晶体管的工作频段确定后，低频段与高频段的划分为本领域公知常识，此处不再赘述，本实施例中50nm的InPHEMT晶体管工作频段下，低频段为15GHz以下、高频段为30GHz以上；具体为：
在低频情况下，小信号模型简化为如图2所示，其中，栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 满足以下与测试Y参数有关的方程：
Figure 726646DEST_PATH_IMAGE008
其中，Y 11、Y 12、Y 21、Y 22依次表示Y参数对应项，ω表示角频率；
根据上述方程可以求解得到C gsa +C gsb +C gs 、C gda +C gdb +C gd 、C dsa +C dsb +C ds 三个和值；再按照一定比例分配电容值，此处的比例设置为本领域公知常识，无需赘述；对于本发明中所测试的50nm InPHEMT晶体管初值比例为：C gs =C gsb =2C gsa ，C gdb =2C gda ，C ds =C dsb =2C dsa ，C gs =C gd ；
在高频情况下，寄生电容的影响可以被忽略，小信号模型简化为如图3所示，其中，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 满足以下与测试Z参数有关的方程：
Figure 32994DEST_PATH_IMAGE009
其中，Z 11、Z 12、Z 21、Z 22依次表示Z参数对应项，Re表示实部，Im表示虚部；
根据以上方程可以求解得到栅极寄生电感L g 、源极寄生电感L s 、位漏极寄生电感L d 、栅极寄生电阻R g 、源极寄生电阻R s 与漏极寄生电阻R d ；
需要说明的是：通过上述方程提取寄生参数均为初值，在实际仿真过程中，还需要按照代价函数进行优化得到最终参数值，该优化过程为本领域公知常识，此处不再赘述；本实施例中，代价函数具体为：
Figure 130263DEST_PATH_IMAGE010
其中，前项表示模型仿真值与实际测试值的幅度误差，后项表示模型仿真值与实际测试值的相位的误差；J i,j 与K i,j 为预设权重，J i,j 为0.125、K i,j 为0.125；S a (i,j)表示模型仿真S参数，S b (i,j)表示测试值S参数；
对于本实施例中50nm的InP HEMT晶体管而言，在Vgs=-0.6V、Vds=0V的偏置条件下最终提取得到的寄生参数典型值如表1所示：
表1
Figure 166352DEST_PATH_IMAGE011
进一步的，上述模型与测试数据S参数对比如图6~图9所示，依次为S11、S12、S21、S22参数，由图可见，本实施例中模型能够较好地模拟该状态的晶体管；
步骤3、在负栅压状态（栅源电压Vgs≤0V、漏源电压Vds>0V）下提取本征单元的本征参数；具体为：
基于步骤2提取的寄生单元的寄生参数，对全频段的Y参数去嵌，得到本征Y参数Yint；去嵌过程为：根据寄生单元的寄生参数，由栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 计算得到参数Y ext_c1，由栅极寄生电感L g 、源极寄生电感L s 、漏极寄生电感L d 计算得到参数Z ext_l ，由栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 计算得到参数Y ext_c2，由栅极寄生电阻R g 、源极寄生电阻R s 及漏极寄生电阻R d 计算得到参数Z ext_r ，由此得到本征Y参数Yint为：
Figure 697565DEST_PATH_IMAGE012
去嵌后模型简化为如图4所示，其中，由于在栅极二极管反偏状态下，微波信号导通效应很小，对整个模型影响很小，当电阻大于等于5000欧姆以后，可以近似为微波信号断开；因此，栅极并联电阻R l 初值直接设置为20000欧姆；栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS满足以下与本征Y参数Yint有关的方程：
Figure 819105DEST_PATH_IMAGE013
其中，g m 表示电压控制电流源VCCS的跨导，τ表示电压控制电流源VCCS的延时；
采用步骤2相同代价函数进行优化，对于本实施例中50nm的InP HEMT晶体管，在Vgs=-0.1V、Vds=0.6V的偏置条件下最终提取得到的本征参数典型值如表2所示：
表2
Figure 985644DEST_PATH_IMAGE014
进一步的，上述模型与测试数据S参数对比如图10~图13所示，依次为S11、S12、S21、S22参数，由图可见，本实施例中模型能够在栅极肖特基二极管反偏下较好地模拟器件特性；
步骤4、在正栅压状态（栅源电压Vgs>0V、漏源电压Vds>0V）下提取本征单元的本征参数；具体为：
根据待测晶体管在正栅压状态下的Y参数，采用步骤3提取本征单元的本征参数：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS；
针对栅极并联电阻R l ，采用低频段的测试Y参数计算，具体为：在低频情况下，小信号模型简化为如图5所示，根据Y参数的定义并结合进行电路分析，得到栅极并联电阻R l 满足以下与测试Y参数有关的方程：
Figure 610660DEST_PATH_IMAGE015
为了进一步简化计算过程，考虑到该偏置情况下R l +R g 远大于R s ，因此，将γ的表达式简化为：
Figure 814240DEST_PATH_IMAGE016
则栅极并联电阻R l 表达为：
Figure 219813DEST_PATH_IMAGE017
即计算得到栅极并联电阻R l ；
采用步骤2相同代价函数进行优化，对于本实施例中50nm的InP HEMT晶体管，在Vgs=0.6V、Vds=0.8V偏置条件下提取得到的本征参数典型值如表3所示：
表3
Figure 127727DEST_PATH_IMAGE018
进一步的，上述模型、传统模型与测试数据 S参数对比如图14所示，由图可见，本实施例中模型明显提高了晶体管正偏状态的S参数精度，获得了优异的模拟结果。
综上所述，本发明提供了一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，以及其分别在负栅压状态、正栅压状态下的参数提取方法；本发明在模型中引入栅源极间电阻以模拟二极管正偏、反偏不同的导通效应，具有明确的物理意义；并且，在参数提取中采用Y参数方法分析了栅极二极管正偏、反偏状态所对应的栅极并联电阻R l 的等效值，并结合传统元件完成整个模型参数提取，节省了建模时间，获得较高的模拟精度；由此可见，本发明将InP HEMT晶体管小信号模型的应用范围拓展到正、负栅压状态，显著提高了小信号模型对InP太赫兹HEMT晶体管正栅压状态的模拟精度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (7)

1.一种InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，包括：寄生单元与本征单元，其中，所述寄生单元包括：栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 、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 及漏极寄生电阻R d ，所述本征单元包括：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 及电压控制电流源VCCS；其特征在于，所述本征单元还包括：栅极并联电阻R l ，所述栅极并联电阻R l 连接于本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间。
2.按权利要求1所述InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其特征在于，所述本征单元中，所述栅源本征电容C gs 与栅源本征电阻R i 串联后连接于本征栅极节点（G’）与本征源极节点（S’）之间，所述栅漏本征电容C gd 与栅漏本征电阻R gd 串联后连接于本征栅极节点（G’）与本征漏极节点（D’）之间，所述漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 与电压控制电流源VCCS并联后连接于本征漏极节点（D’）与本征源极节点（S’）之间。
3.按权利要求1所述InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其特征在于，所述寄生单元中，所述栅源间外层寄生电容C gsa 连接于外部栅极节点（G）与外部源极节点（S）之间，所述栅漏间外层寄生电容C gda 连接于外部栅极节点（G）与外部漏极节点（D）之间，所述漏源间外层寄生电容C dsa 连接于外部漏极节点（D）与外部源极节点（S）之间，所述栅源间内层寄生电容C gsb 连接于寄生栅极节点（G’’）与寄生源极节点（S’’）之间，所述栅漏间内层寄生电容C gdb 连接于寄生栅极节点（G’’）与寄生漏极节点（D’’）之间，所述漏源间内层寄生电容C dsb 连接于寄生漏极节点（D’’）与寄生源极节点（S’’）之间，所述栅极寄生电感L g 连接于外部栅极节点（G）与寄生栅极节点（G’）之间，所述源极寄生电感L s 连接于外部源极节点（S）与寄生源极节点（S’）之间，所述漏极寄生电感L d 连接于外部漏极节点（D）与寄生漏极节点（D’）之间，所述栅极寄生电阻R g 连接于寄生栅极节点（G’’）与本征栅极节点（G’）之间，所述源极寄生电阻R s 连接于寄生源极节点（S’’）与本征源极节点（S’）之间，所述漏极寄生电阻R d 连接于寄生漏极节点（D’’）与本征漏极节点（D’）之间。
4.按权利要求1所述InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其特征在于，所述小信号模型的参数提取过程包括以下步骤：
步骤1、在预设工作频段内，测量待测晶体管在冷管状态、负栅压状态、正栅压状态下的S参数；并由S参数计算得到对应的Y参数与Z参数；
步骤2、在冷管状态下提取寄生单元的寄生参数；根据待测晶体管在冷管状态下低频段的Y参数，提取寄生参数：栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb ；根据待测晶体管在冷管状态下高频段的Z参数，提取寄生参数：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 ；
步骤3、在负栅压状态下提取本征单元的本征参数；根据待测晶体管在负栅压状态下全频段的Y参数，提取本征参数：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS；并且，设置栅极并联电阻R l 为≥5000欧姆；
步骤4、在正栅压状态下提取本征单元的本征参数；根据待测晶体管在正栅压状态下全频段的Y参数，采用步骤3提取本征参数：栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS；
根据待测晶体管在正栅压状态下低频段的Y参数计算栅极并联电阻R l ：
Figure 489437DEST_PATH_IMAGE001
Figure 104089DEST_PATH_IMAGE002
其中，Y 11表示Y参数中对应项，g m 表示电压控制电流源VCCS的跨导，f表示频率。
5.按权利要求4所述InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其特征在于，所述步骤2具体为：
根据待测晶体管在冷管状态下低频段的Y参数，栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 、栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 满足方程：
Figure 276444DEST_PATH_IMAGE003
其中，Y 11、Y 12、Y 21、Y 22依次表示Y参数中对应项，ω表示角频率；
根据待测晶体管在冷管状态下高频段的Y参数，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 满足方程：
Figure 493799DEST_PATH_IMAGE004
其中，Z 11、Z 12、Z 22依次表示Z参数中对应项。
6.按权利要求4所述InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其特征在于，所述步骤3具体为：
基于步骤2提取的寄生单元的寄生参数，对待测晶体管在负栅压状态下全频段的Y参数进行去嵌，得到本征Y参数Yint；根据本征Y参数Yint，栅源本征电容C gs 、栅源本征电阻R i 、栅漏本征电容C gd 、栅漏本征电阻R gd 、漏源本征电容C ds 、漏源本征电阻R ds 、电压控制电流源VCCS满足方程：
Figure 700789DEST_PATH_IMAGE005
其中，ω表示角频率，τ表示电压控制电流源VCCS的延时。
7.按权利要求6所述InP太赫兹HEMT晶体管正负栅压小信号模型，其特征在于，所述去嵌具体为：根据寄生单元的寄生参数，由栅源间外层寄生电容C gsa 、栅漏间外层寄生电容C gda 、漏源间外层寄生电容C dsa 计算得到参数Y ext_c1，由栅极寄生电感L g 、源极寄生电感L s 、漏极寄生电感L d 计算得到参数Z ext_l ，由栅源间内层寄生电容C gsb 、栅漏间内层寄生电容C gdb 、漏源间内层寄生电容C dsb 计算得到参数Y ext_c2，由栅极寄生电阻R g 、源极寄生电阻R s 及漏极寄生电阻R d 计算得到参数Z ext_r ，进而得到本征Y参数Yint为：
Figure 814239DEST_PATH_IMAGE006
。
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