JP2001244452A - 高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法、高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置及び記録媒体 - Google Patents
高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法、高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置及び記録媒体Info
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- JP2001244452A JP2001244452A JP2000050677A JP2000050677A JP2001244452A JP 2001244452 A JP2001244452 A JP 2001244452A JP 2000050677 A JP2000050677 A JP 2000050677A JP 2000050677 A JP2000050677 A JP 2000050677A JP 2001244452 A JP2001244452 A JP 2001244452A
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- model
- semiconductor device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実験式をＤＣでのＩ−Ｖ特性に一致させるよ
うにモデルパラメータを定めると、高周波回路の大信号
非線形回路解析精度が劣化する。 【解決手段】 高周波ネットワークアナライザ１６にる
Ｓパラメータ測定に基づいて、測定特性演算部６は半導
体デバイスの相互コンダクタンスｇｍ，出力コンダクタ
ンスｇｏを求めるとともに、これらを積分して測定Ｉ−
Ｖ特性を生成する。また各コンダクタンスの微分値が計
算される。一方、モデル特性演算部８はモデルパラメー
タに基づくＩ−Ｖ特性を生成し、そのＩ−Ｖ特性を微分
して各コンダクタンス及びその微分値を求める。比較演
算部１０は測定特性演算部６にて得られる測定値に基づ
くＩ−Ｖ特性、ｇｍ，ｇｏ及びその微分値にモデル特性
演算部８にて算出されるそれらに対応する特性値が一致
するかを判定し、モデルパラメータ生成部１２はそれら
が一致するようにパラメータフィッティングを行う。
うにモデルパラメータを定めると、高周波回路の大信号
非線形回路解析精度が劣化する。 【解決手段】 高周波ネットワークアナライザ１６にる
Ｓパラメータ測定に基づいて、測定特性演算部６は半導
体デバイスの相互コンダクタンスｇｍ，出力コンダクタ
ンスｇｏを求めるとともに、これらを積分して測定Ｉ−
Ｖ特性を生成する。また各コンダクタンスの微分値が計
算される。一方、モデル特性演算部８はモデルパラメー
タに基づくＩ−Ｖ特性を生成し、そのＩ−Ｖ特性を微分
して各コンダクタンス及びその微分値を求める。比較演
算部１０は測定特性演算部６にて得られる測定値に基づ
くＩ−Ｖ特性、ｇｍ，ｇｏ及びその微分値にモデル特性
演算部８にて算出されるそれらに対応する特性値が一致
するかを判定し、モデルパラメータ生成部１２はそれら
が一致するようにパラメータフィッティングを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波大信号非線
形回路設計ＣＡＤシステムで使用する半導体デバイスモ
デルにおける高周波半導体モデルパラメータの抽出に関
する。
形回路設計ＣＡＤシステムで使用する半導体デバイスモ
デルにおける高周波半導体モデルパラメータの抽出に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスモデルとは、実験式によ
って数値化した電流特性（電流対電圧特性：Ｉ−Ｖ特
性）と等価回路を組み合わせたものであり、一般に複数
のモデルパラメータを含んで表現される。この半導体デ
バイスモデルは例えば、ＳＰＩＣＥに代表される半導体
非線形回路の大信号非線形回路解析に使用される。半導
体デバイスモデリングでは、通常、試作した実際のデバ
イスの特性とモデルを用いて計算した特性とが良く一致
するようにモデルパラメータのフィッティングが行われ
る。
って数値化した電流特性（電流対電圧特性：Ｉ−Ｖ特
性）と等価回路を組み合わせたものであり、一般に複数
のモデルパラメータを含んで表現される。この半導体デ
バイスモデルは例えば、ＳＰＩＣＥに代表される半導体
非線形回路の大信号非線形回路解析に使用される。半導
体デバイスモデリングでは、通常、試作した実際のデバ
イスの特性とモデルを用いて計算した特性とが良く一致
するようにモデルパラメータのフィッティングが行われ
る。
【０００３】従来この種の半導体デバイスモデリングに
おいては、カーブトレーサ又はそれに類似した測定手法
により、試作デバイスに対してＩ−Ｖ特性の測定を行
い、このＩ−Ｖ特性（測定Ｉ−Ｖ特性）と高周波半導体
デバイスモデルから計算されるＩ−Ｖ特性（モデルＩ−
Ｖ特性）とが一致するように高周波半導体デバイスモデ
ルパラメータを決定する手順が使われてきた。
おいては、カーブトレーサ又はそれに類似した測定手法
により、試作デバイスに対してＩ−Ｖ特性の測定を行
い、このＩ−Ｖ特性（測定Ｉ−Ｖ特性）と高周波半導体
デバイスモデルから計算されるＩ−Ｖ特性（モデルＩ−
Ｖ特性）とが一致するように高周波半導体デバイスモデ
ルパラメータを決定する手順が使われてきた。
【０００４】例えば、測定したＩ−Ｖ特性を、次式に示
すように２変数の多項式にて近似する場合を考える。
すように２変数の多項式にて近似する場合を考える。
【０００５】
【数１】 ここで、ａ００，ａ０１，ａ１０，ａ１１，ａ１２，ａ
２１，…ａｎ１，ａｎ ２はモデルパラメータである。従
来は次式で表す評価関数に基づいて測定Ｉ−Ｖ特性とモ
デルＩ−Ｖ特性との対比が行われ、この評価関数が最小
となるように、（１）式のモデルパラメータ値のセット
を抽出していた。ここで、Ｉｍｅａｓ(i)、Ｉｍｏｄ(i)
はそれぞれ、ｉ番目の測定電流値、及びその測定条件と
同じ条件に対して実験式から得られる電流値を表す。ま
た、Ｎは各電流値の全データ数である。
２１，…ａｎ１，ａｎ ２はモデルパラメータである。従
来は次式で表す評価関数に基づいて測定Ｉ−Ｖ特性とモ
デルＩ−Ｖ特性との対比が行われ、この評価関数が最小
となるように、（１）式のモデルパラメータ値のセット
を抽出していた。ここで、Ｉｍｅａｓ(i)、Ｉｍｏｄ(i)
はそれぞれ、ｉ番目の測定電流値、及びその測定条件と
同じ条件に対して実験式から得られる電流値を表す。ま
た、Ｎは各電流値の全データ数である。
【０００６】
【数２】
【発明が解決しようとする課題】高周波半導体デバイス
は、二つ以上の電圧で制御される電流源を使って数値化
する場合が多い。図１は、トランジスタの電流モデルの
簡易図であり、ＤＣバイアス電圧Ｖ１０，Ｖ２０と小信
号ＡＣ電圧ｖ１，ｖ２が存在し、これらが合成された電
圧Ｖ１＝Ｖ１０＋ｖ１が回路の任意のノード電圧であ
り、電圧Ｖ２＝Ｖ２ ０＋ｖ２が電圧制御電流源に供給さ
れている。このときの電流特性は次式で表される二変数
のテーラー級数展開で近似できる。なお、ここで、Ｉ０
＝ｆ(Ｖ１０,Ｖ２０)はＤＣバイアス電流である。
は、二つ以上の電圧で制御される電流源を使って数値化
する場合が多い。図１は、トランジスタの電流モデルの
簡易図であり、ＤＣバイアス電圧Ｖ１０，Ｖ２０と小信
号ＡＣ電圧ｖ１，ｖ２が存在し、これらが合成された電
圧Ｖ１＝Ｖ１０＋ｖ１が回路の任意のノード電圧であ
り、電圧Ｖ２＝Ｖ２ ０＋ｖ２が電圧制御電流源に供給さ
れている。このときの電流特性は次式で表される二変数
のテーラー級数展開で近似できる。なお、ここで、Ｉ０
＝ｆ(Ｖ１０,Ｖ２０)はＤＣバイアス電流である。
【０００７】
【数３】 ＤＣバイアス電圧Ｖ１０，Ｖ２０において電圧制御電流
源に供給される小信号ＡＣ電圧ｖ１，ｖ２が十分に小さ
い場合、（３）式における高次の項を無視することがで
き、更にＤＣバイアス電流を除くと、回路電流の微少変
化は、
源に供給される小信号ＡＣ電圧ｖ１，ｖ２が十分に小さ
い場合、（３）式における高次の項を無視することがで
き、更にＤＣバイアス電流を除くと、回路電流の微少変
化は、
【数４】 と置ける。（４）式を更に置き換えて、小信号ＡＣ電流
についての次式が得られる。
についての次式が得られる。
【０００８】
【数５】 図１に示した電圧制御電流源に対する小信号等価回路を
図２に示す。
図２に示す。
【０００９】出力コンダクタンスｇｏと相互コンダクタ
ンスｇｍの周波数分散性の効果が、高周波半導体デバイ
スの高周波特性に大きな影響を与えることは良く知られ
ている。（例えば、J.M. Golio, M.G. Miller, G.N. Ma
racas, and D.A. Johnson, "Frequency-dependent elec
trical characteristics of GaAs MESFET's," IEEE Tra
ns. on Electron Devices, vol. 37, no.5, pp.1217-12
27, May 1990.に示される。）ｇｏは、ＤＣ動作に対し
てマイクロ波帯での動作の場合、最大で８５％増加する
ことが、M.A. Smith, T.S. Howard, K.J.Anderson, and
A.M. Pavio, "RF nonlinear device characterization
yields improved modeling accuracy,"IEEE MTT-S Dig
est pp.381-384, 1986.に報告されている。またｇｍに
関しては５〜３０％の範囲で減少することが、P.H. Lad
brooke and S. R. Blight, "Low-field low-frequency
dispersion of transconductance in GaAs MESFET's wi
thimplications for other rate-dependent anomalies,
" IEEE Trans. ElectronDevices, vol. 35, pp.257-26
7, Mar. 1988.及び、S. R. Blight, R. H. Wallis, and
H. Thomas, "Surface influence on the conductance
DLTS spectra ofGaAs MESFET's," IEEE Trans. Electro
n Devices, vol. ED-33, pp. 1447-1453,Oct. 1986.に
報告されている。これら、ｇｏ，ｇｍの変化は、１００
Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲で起こることが報告されて
いる（上記J.M. Golio et al.及び、L.E. Larson, "An
improved GaAs MESFET equivalent circuit model for
analog integrated circuit applications," IEEE J. S
olid-State Circuits, vol.SC-22, pp. 567-574, Aug.
1987.参照）。ｇｏ，ｇｍの周波数分散性は高周波帯に
比べると十分に低い周波数で起こるため、従来、高周波
での測定結果を直接モデリングする小信号回路解析にお
いては無視されてきた。しかし、小信号／大信号の両動
作を解析する高周波半導体デバイスモデルでは、周波数
分散性の効果を考慮したモデリング手法が必要である。
ンスｇｍの周波数分散性の効果が、高周波半導体デバイ
スの高周波特性に大きな影響を与えることは良く知られ
ている。（例えば、J.M. Golio, M.G. Miller, G.N. Ma
racas, and D.A. Johnson, "Frequency-dependent elec
trical characteristics of GaAs MESFET's," IEEE Tra
ns. on Electron Devices, vol. 37, no.5, pp.1217-12
27, May 1990.に示される。）ｇｏは、ＤＣ動作に対し
てマイクロ波帯での動作の場合、最大で８５％増加する
ことが、M.A. Smith, T.S. Howard, K.J.Anderson, and
A.M. Pavio, "RF nonlinear device characterization
yields improved modeling accuracy,"IEEE MTT-S Dig
est pp.381-384, 1986.に報告されている。またｇｍに
関しては５〜３０％の範囲で減少することが、P.H. Lad
brooke and S. R. Blight, "Low-field low-frequency
dispersion of transconductance in GaAs MESFET's wi
thimplications for other rate-dependent anomalies,
" IEEE Trans. ElectronDevices, vol. 35, pp.257-26
7, Mar. 1988.及び、S. R. Blight, R. H. Wallis, and
H. Thomas, "Surface influence on the conductance
DLTS spectra ofGaAs MESFET's," IEEE Trans. Electro
n Devices, vol. ED-33, pp. 1447-1453,Oct. 1986.に
報告されている。これら、ｇｏ，ｇｍの変化は、１００
Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲で起こることが報告されて
いる（上記J.M. Golio et al.及び、L.E. Larson, "An
improved GaAs MESFET equivalent circuit model for
analog integrated circuit applications," IEEE J. S
olid-State Circuits, vol.SC-22, pp. 567-574, Aug.
1987.参照）。ｇｏ，ｇｍの周波数分散性は高周波帯に
比べると十分に低い周波数で起こるため、従来、高周波
での測定結果を直接モデリングする小信号回路解析にお
いては無視されてきた。しかし、小信号／大信号の両動
作を解析する高周波半導体デバイスモデルでは、周波数
分散性の効果を考慮したモデリング手法が必要である。
【００１０】従来の手法では、ドレイン電流をカーブト
レーサ又はＤＣ測定し、そのドレイン電流特性の測定結
果である電流ＩＤＳ ｍｅａｓ（ＤＣ）と、実験式で表
される電流ＩＤＳ ｍｏｄとを近似的に等しいとする扱
いがなされていた。すなわち、
レーサ又はＤＣ測定し、そのドレイン電流特性の測定結
果である電流ＩＤＳ ｍｅａｓ（ＤＣ）と、実験式で表
される電流ＩＤＳ ｍｏｄとを近似的に等しいとする扱
いがなされていた。すなわち、
【数６】 と表していた。電圧制御電流源と小信号等価回路定数と
の関係は、（４）式、（５）式で示した。よってＦＥＴ
が小信号動作と近似できる条件では、（６）式から、
の関係は、（４）式、（５）式で示した。よってＦＥＴ
が小信号動作と近似できる条件では、（６）式から、
【数７】 となる。ここで、ｇｏ ｍｏｄは実験式で表したドレイ
ン電流から求めた出力コンダクタンス、ｇ
ｏ ｍｅａｓ（ＤＣ）はＤＣ測定から得た出力コンダク
タンスである。しかし、ＦＥＴをマイクロ波帯で動作さ
せた場合の出力コンダクタンスは、上述した周波数分散
性によって、ＤＣ特性とは大きく異なり、周波数１ＭＨ
ｚ以上にて、
ン電流から求めた出力コンダクタンス、ｇ
ｏ ｍｅａｓ（ＤＣ）はＤＣ測定から得た出力コンダク
タンスである。しかし、ＦＥＴをマイクロ波帯で動作さ
せた場合の出力コンダクタンスは、上述した周波数分散
性によって、ＤＣ特性とは大きく異なり、周波数１ＭＨ
ｚ以上にて、
【数８】 となる。相互コンダクタンスにおいても同様な関係があ
り、
り、
【数９】 から、周波数１ＭＨｚ以上にて、
【数１０】 となる。
【００１１】このため、ＤＣでのＩ−Ｖ特性を用いて実
験式を近似し、モデルパラメータを抽出する従来手法で
は、高周波回路の大信号非線形回路解析精度が著しく劣
化するという問題が発生していた。
験式を近似し、モデルパラメータを抽出する従来手法で
は、高周波回路の大信号非線形回路解析精度が著しく劣
化するという問題が発生していた。
【００１２】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、高周波半導体非線形回路の大信号非線形回
路解析が正確に実施できる高周波半導体デバイスモデル
パラメータの抽出を可能とすることを目的とする。
れたもので、高周波半導体非線形回路の大信号非線形回
路解析が正確に実施できる高周波半導体デバイスモデル
パラメータの抽出を可能とすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高周波半導
体デバイスモデルパラメータ抽出方法は、高周波Ｓパラ
メータ測定に基づいて、半導体デバイスの端子間電圧と
当該端子間のコンダクタンスとの関係を測定するコンダ
クタンス測定ステップと、前記コンダクタンスを前記端
子間電圧に関して積分して、前記半導体デバイスについ
ての測定に基づく電流特性である測定Ｉ−Ｖ特性を求め
る測定Ｉ−Ｖ特性取得ステップと、半導体デバイスモデ
ルから得られる電流特性であるモデルＩ−Ｖ特性と前記
測定Ｉ−Ｖ特性との対比に基づいて前記半導体デバイス
モデルのモデルパラメータを定めるパラメータ決定ステ
ップとを有するものである。
体デバイスモデルパラメータ抽出方法は、高周波Ｓパラ
メータ測定に基づいて、半導体デバイスの端子間電圧と
当該端子間のコンダクタンスとの関係を測定するコンダ
クタンス測定ステップと、前記コンダクタンスを前記端
子間電圧に関して積分して、前記半導体デバイスについ
ての測定に基づく電流特性である測定Ｉ−Ｖ特性を求め
る測定Ｉ−Ｖ特性取得ステップと、半導体デバイスモデ
ルから得られる電流特性であるモデルＩ−Ｖ特性と前記
測定Ｉ−Ｖ特性との対比に基づいて前記半導体デバイス
モデルのモデルパラメータを定めるパラメータ決定ステ
ップとを有するものである。
【００１４】本発明によれば、高周波特性に基づいて求
められたコンダクタンスを用いてＩ−Ｖ特性を求める。
周波数分散性を含んだコンダクタンスの値が高周波Ｓパ
ラメータから得られる。このコンダクタンスを端子間電
圧の複数ポイントで測定することにより、当該コンダク
タンスが端子間電圧に応じてどのように変化するかの情
報が得られる。そのコンダクタンスと端子間電圧との関
係を用いて、コンダクタンスを端子間電圧について積分
する。（４）式、（５）式に表されるように、コンダク
タンスと端子間電圧の微小変化との積は、回路電流の微
小変化の成分であり、よってコンダクタンスを端子間電
圧で積分することによってＩ−Ｖ特性を求めることがで
きる。ここで回路電流が複数種類の端子間電圧の関数で
ある場合には、それら各種類についての積分値の合計に
より回路電流が表される。コンダクタンスが高周波特性
を含むように測定されているため、それに基づいて求め
られた本発明の測定Ｉ−Ｖ特性も高周波特性を反映した
ものとなる。よって、この測定Ｉ−Ｖ特性にモデルＩ−
Ｖ特性が一致するように半導体デバイスモデルのモデル
パラメータを定めることによって、高周波特性を良好に
表現するパラメータ抽出が実現される。
められたコンダクタンスを用いてＩ−Ｖ特性を求める。
周波数分散性を含んだコンダクタンスの値が高周波Ｓパ
ラメータから得られる。このコンダクタンスを端子間電
圧の複数ポイントで測定することにより、当該コンダク
タンスが端子間電圧に応じてどのように変化するかの情
報が得られる。そのコンダクタンスと端子間電圧との関
係を用いて、コンダクタンスを端子間電圧について積分
する。（４）式、（５）式に表されるように、コンダク
タンスと端子間電圧の微小変化との積は、回路電流の微
小変化の成分であり、よってコンダクタンスを端子間電
圧で積分することによってＩ−Ｖ特性を求めることがで
きる。ここで回路電流が複数種類の端子間電圧の関数で
ある場合には、それら各種類についての積分値の合計に
より回路電流が表される。コンダクタンスが高周波特性
を含むように測定されているため、それに基づいて求め
られた本発明の測定Ｉ−Ｖ特性も高周波特性を反映した
ものとなる。よって、この測定Ｉ−Ｖ特性にモデルＩ−
Ｖ特性が一致するように半導体デバイスモデルのモデル
パラメータを定めることによって、高周波特性を良好に
表現するパラメータ抽出が実現される。
【００１５】別の本発明に係る高周波半導体デバイスモ
デルパラメータ抽出方法においては、前記パラメータ決
定ステップが、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−
Ｖ特性それぞれの前記端子間電圧に関する第ｎ階微分値
（ｎ≧１）相互の対比をも考慮して前記モデルパラメー
タを定めることを特徴とする。
デルパラメータ抽出方法においては、前記パラメータ決
定ステップが、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−
Ｖ特性それぞれの前記端子間電圧に関する第ｎ階微分値
（ｎ≧１）相互の対比をも考慮して前記モデルパラメー
タを定めることを特徴とする。
【００１６】（４）式、（５）式では小信号ＡＣ電圧の
高次の項が無視されていた。Ｉ−Ｖ特性を端子間電圧で
ｎ回微分することにより、Ｉ−Ｖ特性に寄与する第ｎ次
の項に応じた値が得られる。本発明によれば、測定Ｉ−
Ｖ特性とモデルＩ−Ｖ特性との第ｎ階微分値をそれぞれ
求めて、その両者を対比し、それらの一致を図る。これ
により、単に測定Ｉ−Ｖ特性とモデルＩ−Ｖ特性とが一
致するという条件よりも、より高精度に高周波特性が表
現され、歪み特性の高精度な解析が可能となる。
高次の項が無視されていた。Ｉ−Ｖ特性を端子間電圧で
ｎ回微分することにより、Ｉ−Ｖ特性に寄与する第ｎ次
の項に応じた値が得られる。本発明によれば、測定Ｉ−
Ｖ特性とモデルＩ−Ｖ特性との第ｎ階微分値をそれぞれ
求めて、その両者を対比し、それらの一致を図る。これ
により、単に測定Ｉ−Ｖ特性とモデルＩ−Ｖ特性とが一
致するという条件よりも、より高精度に高周波特性が表
現され、歪み特性の高精度な解析が可能となる。
【００１７】本発明の好適な態様である高周波半導体デ
バイスモデルパラメータ抽出方法は、前記パラメータ決
定ステップが、前記測定Ｉ−Ｖ特性の第１階微分値とし
て前記コンダクタンスを用い、前記測定Ｉ−Ｖ特性の第
ｍ階微分値（ｍ≧２）として前記コンダクタンスの前記
端子間電圧に関する第（ｍ−１）階微分値を用いるもの
である。コンダクタンスは、Ｉ−Ｖ特性の端子間電圧の
１次の項の係数に対応し、よって、ある端子間電圧につ
いてのコンダクタンスは当該端子間電圧でのＩ−Ｖ特性
の第１階微分値に相当する。ここで、測定Ｉ−Ｖ特性に
関しては、それを求めるためにコンダクタンスが得られ
ているので、これとモデルＩ−Ｖ特性についての第１階
微分値とを対比することができる。さらに、コンダクタ
ンスの第（ｍ−１）階微分値はＩ−Ｖ特性の第ｍ階微分
値に相当することとなるので、測定Ｉ−Ｖ特性に関して
は、コンダクタンス測定により得られた端子間電圧とコ
ンダクタンスとの関係に基づいてコンダクタンスの第
（ｍ−１）階微分値を求め、これとモデルＩ−Ｖ特性に
ついての第ｍ階微分値とを対比することができる。
バイスモデルパラメータ抽出方法は、前記パラメータ決
定ステップが、前記測定Ｉ−Ｖ特性の第１階微分値とし
て前記コンダクタンスを用い、前記測定Ｉ−Ｖ特性の第
ｍ階微分値（ｍ≧２）として前記コンダクタンスの前記
端子間電圧に関する第（ｍ−１）階微分値を用いるもの
である。コンダクタンスは、Ｉ−Ｖ特性の端子間電圧の
１次の項の係数に対応し、よって、ある端子間電圧につ
いてのコンダクタンスは当該端子間電圧でのＩ−Ｖ特性
の第１階微分値に相当する。ここで、測定Ｉ−Ｖ特性に
関しては、それを求めるためにコンダクタンスが得られ
ているので、これとモデルＩ−Ｖ特性についての第１階
微分値とを対比することができる。さらに、コンダクタ
ンスの第（ｍ−１）階微分値はＩ−Ｖ特性の第ｍ階微分
値に相当することとなるので、測定Ｉ−Ｖ特性に関して
は、コンダクタンス測定により得られた端子間電圧とコ
ンダクタンスとの関係に基づいてコンダクタンスの第
（ｍ−１）階微分値を求め、これとモデルＩ−Ｖ特性に
ついての第ｍ階微分値とを対比することができる。
【００１８】他の本発明の好適な態様である高周波半導
体デバイスモデルパラメータ抽出方法は、前記コンダク
タンス測定ステップが、前記半導体デバイスのゲート−
ソース間に対応した相互コンダクタンス及び前記半導体
デバイスのドレイン−ソース間に対応した出力コンダク
タンスを測定し、前記測定Ｉ−Ｖ特性取得ステップが、
前記相互コンダクタンスをゲート−ソース間電圧に関し
て積分した値と前記出力コンダクタンスをドレイン−ソ
ース間電圧に関して積分した値とに基づいて前記測定Ｉ
−Ｖ特性を求めるものである。
体デバイスモデルパラメータ抽出方法は、前記コンダク
タンス測定ステップが、前記半導体デバイスのゲート−
ソース間に対応した相互コンダクタンス及び前記半導体
デバイスのドレイン−ソース間に対応した出力コンダク
タンスを測定し、前記測定Ｉ−Ｖ特性取得ステップが、
前記相互コンダクタンスをゲート−ソース間電圧に関し
て積分した値と前記出力コンダクタンスをドレイン−ソ
ース間電圧に関して積分した値とに基づいて前記測定Ｉ
−Ｖ特性を求めるものである。
【００１９】別の本発明の好適な態様である高周波半導
体デバイスモデルパラメータ抽出方法は、前記パラメー
タ決定ステップが、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデル
Ｉ−Ｖ特性相互の対比に加えて、前記測定Ｉ−Ｖ特性及
び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記ゲート−ソース
間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ≧１）相互及び前記測
定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記
ドレイン−ソース間電圧に関する第ｎ階微分値相互を対
比するものである。
体デバイスモデルパラメータ抽出方法は、前記パラメー
タ決定ステップが、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデル
Ｉ−Ｖ特性相互の対比に加えて、前記測定Ｉ−Ｖ特性及
び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記ゲート−ソース
間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ≧１）相互及び前記測
定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記
ドレイン−ソース間電圧に関する第ｎ階微分値相互を対
比するものである。
【００２０】本発明に係る高周波半導体デバイスモデル
パラメータ抽出装置は、高周波Ｓパラメータ測定から得
られる半導体デバイスの端子間のコンダクタンスの測定
値に基づき、前記コンダクタンスを端子間電圧に関して
積分して、前記半導体デバイスについての測定に基づく
電流特性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性
取得手段と、半導体デバイスモデルから得られる電流特
性であるモデルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対
比に基づいて前記半導体デバイスモデルのモデルパラメ
ータを定めるパラメータ決定手段とを有するものであ
る。
パラメータ抽出装置は、高周波Ｓパラメータ測定から得
られる半導体デバイスの端子間のコンダクタンスの測定
値に基づき、前記コンダクタンスを端子間電圧に関して
積分して、前記半導体デバイスについての測定に基づく
電流特性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性
取得手段と、半導体デバイスモデルから得られる電流特
性であるモデルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対
比に基づいて前記半導体デバイスモデルのモデルパラメ
ータを定めるパラメータ決定手段とを有するものであ
る。
【００２１】他の本発明に係る高周波半導体デバイスモ
デルパラメータ抽出装置においては、前記パラメータ決
定手段が、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特
性それぞれの前記端子間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ
≧１）相互の対比をも考慮して前記モデルパラメータを
定めることを特徴とする。
デルパラメータ抽出装置においては、前記パラメータ決
定手段が、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特
性それぞれの前記端子間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ
≧１）相互の対比をも考慮して前記モデルパラメータを
定めることを特徴とする。
【００２２】本発明に係るコンピュータ読み取り可能な
記録媒体は、高周波Ｓパラメータ測定から得られる半導
体デバイスの端子間のコンダクタンスの測定値に基づ
き、前記コンダクタンスを端子間電圧に関して積分し
て、前記半導体デバイスについての測定に基づく電流特
性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性取得モ
ジュールと、半導体デバイスモデルから得られる電流特
性であるモデルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対
比に基づいて前記半導体デバイスモデルのモデルパラメ
ータを定めるパラメータ決定モジュールとを含むプログ
ラムを格納したものである。
記録媒体は、高周波Ｓパラメータ測定から得られる半導
体デバイスの端子間のコンダクタンスの測定値に基づ
き、前記コンダクタンスを端子間電圧に関して積分し
て、前記半導体デバイスについての測定に基づく電流特
性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性取得モ
ジュールと、半導体デバイスモデルから得られる電流特
性であるモデルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対
比に基づいて前記半導体デバイスモデルのモデルパラメ
ータを定めるパラメータ決定モジュールとを含むプログ
ラムを格納したものである。
【００２３】他の本発明に係るコンピュータ読み取り可
能な記録媒体においては、前記パラメータ決定モジュー
ルが、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特性そ
れぞれの前記端子間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ≧
１）相互の対比をも考慮して前記モデルパラメータを定
めることを特徴とする。
能な記録媒体においては、前記パラメータ決定モジュー
ルが、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特性そ
れぞれの前記端子間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ≧
１）相互の対比をも考慮して前記モデルパラメータを定
めることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態である高
周波デバイスモデルパラメータ抽出装置について図面を
参照して説明する。
周波デバイスモデルパラメータ抽出装置について図面を
参照して説明する。
【００２５】［原理］トランジスタにおける、電圧制御
電流源とこれに対応する小信号等価回路要素パラメータ
との関係は、（４）式及び（５）式で示した。ここで
（５）式に含まれるｇｍとｇｏは高周波ネットワークア
ナライザで測定したＳパラメータから正確に抽出でき、
このＳパラメータに基づく測定からｇｍ、ｇｏそれぞれ
のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ、ドレイン−ソース間電
圧Ｖｄｓに対する依存性を得ることができる。よって、
（５）式を用いて、ドレイン電流を常微分方程式の完全
解により、
電流源とこれに対応する小信号等価回路要素パラメータ
との関係は、（４）式及び（５）式で示した。ここで
（５）式に含まれるｇｍとｇｏは高周波ネットワークア
ナライザで測定したＳパラメータから正確に抽出でき、
このＳパラメータに基づく測定からｇｍ、ｇｏそれぞれ
のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓ、ドレイン−ソース間電
圧Ｖｄｓに対する依存性を得ることができる。よって、
（５）式を用いて、ドレイン電流を常微分方程式の完全
解により、
【数１１】 から求めることができる。ここで、右辺第２項ではＶ
ｇｓがピンチオフ電圧Ｖｐ以下のときｇｍはゼロである
ことを利用して積分定数の取り扱いを容易にするため、
Ｖｇｓをａ≪Ｖｐなるａに設定して積分を行っている。
このドレイン電流は高周波特性から求めた電流であり、
よってＲＦ電流と称する。（１１）式は、（４）式と
（５）式の関係を維持しており、高周波半導体デバイス
が持つ周波数分散性の効果を含んだ電流特性が得られ
る。このように高周波ネットワークアナライザで測定し
たＳパラメータから抽出したｇｍとｇｏを数値積分して
得た電流特性は半導体デバイスの高周波特性が考慮され
たものとなっており、よってＲＦＩ−Ｖ特性と称するこ
とができる。従来は高周波特性を考慮しない電流特性
（ＤＣ Ｉ−Ｖ特性と称する）を測定Ｉ−Ｖ特性として
用いていたが、本実施形態に係る装置はそのＤＣ Ｉ−
Ｖ特性に代えて、ＲＦ Ｉ−Ｖ特性を測定Ｉ−Ｖ特性と
して用い、これに実験式に基づく電流特性を一致させる
ようにモデルパラメータの調整が行われる。これによ
り、高周波特性の解析に適したモデルパラメータの抽出
が行われる。
ｇｓがピンチオフ電圧Ｖｐ以下のときｇｍはゼロである
ことを利用して積分定数の取り扱いを容易にするため、
Ｖｇｓをａ≪Ｖｐなるａに設定して積分を行っている。
このドレイン電流は高周波特性から求めた電流であり、
よってＲＦ電流と称する。（１１）式は、（４）式と
（５）式の関係を維持しており、高周波半導体デバイス
が持つ周波数分散性の効果を含んだ電流特性が得られ
る。このように高周波ネットワークアナライザで測定し
たＳパラメータから抽出したｇｍとｇｏを数値積分して
得た電流特性は半導体デバイスの高周波特性が考慮され
たものとなっており、よってＲＦＩ−Ｖ特性と称するこ
とができる。従来は高周波特性を考慮しない電流特性
（ＤＣ Ｉ−Ｖ特性と称する）を測定Ｉ−Ｖ特性として
用いていたが、本実施形態に係る装置はそのＤＣ Ｉ−
Ｖ特性に代えて、ＲＦ Ｉ−Ｖ特性を測定Ｉ−Ｖ特性と
して用い、これに実験式に基づく電流特性を一致させる
ようにモデルパラメータの調整が行われる。これによ
り、高周波特性の解析に適したモデルパラメータの抽出
が行われる。
【００２６】さて、ＲＦ Ｉ−Ｖ特性は（３）式の一次
の項のみからなる（４）式又は（５）式に基づいて導出
されたものであり。よって、このＲＦ Ｉ−Ｖ特性と
（１）式で示した実験式特性とが一致するように実験式
特性を表すモデルパラメータの抽出を行う方法では、
（１）式の一次の項しか考慮されず、高次の項の影響が
考慮されない。本装置は、この高次の項の影響をも考慮
するように構成され、歪み特性の高精度な解析が要求さ
れる大信号非線形解析のためのＣＡＤシステムにて一層
精度の良好なシミュレーション結果を与える高周波半導
体モデルパラメータの抽出を可能としている。この原理
について以下に説明する。
の項のみからなる（４）式又は（５）式に基づいて導出
されたものであり。よって、このＲＦ Ｉ−Ｖ特性と
（１）式で示した実験式特性とが一致するように実験式
特性を表すモデルパラメータの抽出を行う方法では、
（１）式の一次の項しか考慮されず、高次の項の影響が
考慮されない。本装置は、この高次の項の影響をも考慮
するように構成され、歪み特性の高精度な解析が要求さ
れる大信号非線形解析のためのＣＡＤシステムにて一層
精度の良好なシミュレーション結果を与える高周波半導
体モデルパラメータの抽出を可能としている。この原理
について以下に説明する。
【００２７】実際のトランジスタの応用では、小信号Ａ
Ｃ電圧ｖ１，ｖ２を同時に供給することはまれである。
ｖ１のみを供給する場合が、増幅器動作に代表されるア
クティブ動作であり、この場合、（３）式は、
Ｃ電圧ｖ１，ｖ２を同時に供給することはまれである。
ｖ１のみを供給する場合が、増幅器動作に代表されるア
クティブ動作であり、この場合、（３）式は、
【数１２】 と簡略化できる。ここでＶ１はＶｇｓに対応する。（１
２）式における一次の項が、電圧制御相互コンダクタン
スｇｍ１であり、ｇｍ２，ｇｍ３はそれぞれ二次、三次
の電圧制御相互コンダクタンスである。
２）式における一次の項が、電圧制御相互コンダクタン
スｇｍ１であり、ｇｍ２，ｇｍ３はそれぞれ二次、三次
の電圧制御相互コンダクタンスである。
【００２８】一方、Ｖｄｓに対応するＶ２に関してＶ
２０＝０という条件にて動作させた場合、増幅特性が無
くなり優れた制御素子としての応用が可能であり、これ
をパッシブ動作と呼ぶ。パッシブ動作ではＶ２０＝０で
あるから、ｇｍおよびその高次の項、更にＤＣバイアス
電流がそれぞれゼロとなり、よって（３）式は、
２０＝０という条件にて動作させた場合、増幅特性が無
くなり優れた制御素子としての応用が可能であり、これ
をパッシブ動作と呼ぶ。パッシブ動作ではＶ２０＝０で
あるから、ｇｍおよびその高次の項、更にＤＣバイアス
電流がそれぞれゼロとなり、よって（３）式は、
【数１３】 と簡略化できる。（１３）式における一次の項が、電圧
制御出力コンダクタンスｇｏ１であり、ｇｏ２，ｇｏ３
はそれぞれ二次、三次の電圧制御出力コンダクタンスで
ある。
制御出力コンダクタンスｇｏ１であり、ｇｏ２，ｇｏ３
はそれぞれ二次、三次の電圧制御出力コンダクタンスで
ある。
【００２９】本装置ではＳパラメータ測定に基づく以下
の３つの特性（ｉ）〜（iii）それぞれと、実験式から
得られる対応する特性とが一致するという条件を課し
て、半導体デバイスモデルのモデルパラメータを抽出す
る。
の３つの特性（ｉ）〜（iii）それぞれと、実験式から
得られる対応する特性とが一致するという条件を課し
て、半導体デバイスモデルのモデルパラメータを抽出す
る。
【００３０】 （ｉ） （１１）式で求めるＲＦ Ｉ−Ｖ特性 (ii) （１２）式で求める電圧制御相互コンダクタンス
及び高次の電圧制御相互コンダクタンスｇｍｋ、（ｋ＝
１，２，３，…であり、またＶｄｓは飽和領域に設定さ
れる） (iii) （１３）式で求める電圧制御出力コンダクタン
ス及び高次の電圧制御出力コンダクタンスｇｏｋ、（ｋ
＝１，２，３，…であり、またＶｄｓ＝０に設定され
る）。測定に基づく特性とモデルが与える特性との対比
は、例えば次の式で定義する誤差単位（Error Magnitud
e Unit、以下、ＥＭＵ）に基づいて評価される。本装置
はこのＥＭＵの最小となるような実験式パラメータを探
索し抽出する。
及び高次の電圧制御相互コンダクタンスｇｍｋ、（ｋ＝
１，２，３，…であり、またＶｄｓは飽和領域に設定さ
れる） (iii) （１３）式で求める電圧制御出力コンダクタン
ス及び高次の電圧制御出力コンダクタンスｇｏｋ、（ｋ
＝１，２，３，…であり、またＶｄｓ＝０に設定され
る）。測定に基づく特性とモデルが与える特性との対比
は、例えば次の式で定義する誤差単位（Error Magnitud
e Unit、以下、ＥＭＵ）に基づいて評価される。本装置
はこのＥＭＵの最小となるような実験式パラメータを探
索し抽出する。
【００３１】
【数１４】 ここで、Ｍは測定したＶｇｓに関するバイアスポイント
数、 Ｎは測定したＶ ｄｓに関するバイアスポイント
数、 Ｋは微分の次数である。
数、 Ｎは測定したＶ ｄｓに関するバイアスポイント
数、 Ｋは微分の次数である。
【００３２】［装置構成及び動作］図３は本発明の実施
形態に係る高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出
装置の概略の構成を示すブロック図である。また図４は
本装置を用いて行われる高周波半導体デバイスモデルパ
ラメータ抽出方法を示すフロー図である。
形態に係る高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出
装置の概略の構成を示すブロック図である。また図４は
本装置を用いて行われる高周波半導体デバイスモデルパ
ラメータ抽出方法を示すフロー図である。
【００３３】本パラメータ抽出装置２は、演算ユニット
４に測定特性演算部６、モデル特性演算部８、比較演算
部１０及びモデルパラメータ生成部１２を含み、また、
モデルパラメータ等のデータを格納する記憶装置１４を
有している。
４に測定特性演算部６、モデル特性演算部８、比較演算
部１０及びモデルパラメータ生成部１２を含み、また、
モデルパラメータ等のデータを格納する記憶装置１４を
有している。
【００３４】パラメータ抽出装置２の使用に先だって、
高周波ネットワークアナライザ１６でのＳパラメータ測
定が行われる（Ｓ１００）。
高周波ネットワークアナライザ１６でのＳパラメータ測
定が行われる（Ｓ１００）。
【００３５】高周波ネットワークアナライザ１６でのＳ
パラメータ測定の結果は、測定特性演算部６に入力され
る。この入力方法は、高周波ネットワークアナライザ１
６とパラメータ抽出装置２とを信号ケーブルで接続し、
これを用いてデータ伝送を行うという方法や、高周波ネ
ットワークアナライザ１６にてフレキシブルディスク
（ＦＤ）等の記録媒体に一旦データを格納し、当該記録
媒体をパラメータ抽出装置２にて読み取るという方法、
その他、キーボード等から作業者が入力するといった各
種の方法が可能である。
パラメータ測定の結果は、測定特性演算部６に入力され
る。この入力方法は、高周波ネットワークアナライザ１
６とパラメータ抽出装置２とを信号ケーブルで接続し、
これを用いてデータ伝送を行うという方法や、高周波ネ
ットワークアナライザ１６にてフレキシブルディスク
（ＦＤ）等の記録媒体に一旦データを格納し、当該記録
媒体をパラメータ抽出装置２にて読み取るという方法、
その他、キーボード等から作業者が入力するといった各
種の方法が可能である。
【００３６】測定特性演算部６は、測定Ｉ−Ｖ特性生成
部２０、測定ｇｍ演算部２２、測定ｇｏ演算部２４を含
んで構成され、測定特性演算処理Ｓ１０５を行う。具体
的には、測定ｇｍ演算部２２、測定ｇｏ演算部２４はそ
れぞれ高周波ネットワークアナライザ１６での測定結果
に基づいて、ｇｍ，ｇｏのＶｇｓ，Ｖｄｓ依存性を求め
る。このｇｍ，ｇｏの特性は測定Ｉ−Ｖ特性生成部２０
にて利用される。測定Ｉ−Ｖ特性生成部２０は（１１）
式に基づいて、測定ｇｍ演算部２２、測定ｇｏ演算部２
４から得られるｇｍ，ｇｏを積分することによってＲＦ
Ｉ−Ｖ特性を生成する。つまり、測定Ｉ−Ｖ特性生成
部２０は次式を計算してＩＤＳ ｍｅａ ｓを得る。
部２０、測定ｇｍ演算部２２、測定ｇｏ演算部２４を含
んで構成され、測定特性演算処理Ｓ１０５を行う。具体
的には、測定ｇｍ演算部２２、測定ｇｏ演算部２４はそ
れぞれ高周波ネットワークアナライザ１６での測定結果
に基づいて、ｇｍ，ｇｏのＶｇｓ，Ｖｄｓ依存性を求め
る。このｇｍ，ｇｏの特性は測定Ｉ−Ｖ特性生成部２０
にて利用される。測定Ｉ−Ｖ特性生成部２０は（１１）
式に基づいて、測定ｇｍ演算部２２、測定ｇｏ演算部２
４から得られるｇｍ，ｇｏを積分することによってＲＦ
Ｉ−Ｖ特性を生成する。つまり、測定Ｉ−Ｖ特性生成
部２０は次式を計算してＩＤＳ ｍｅａ ｓを得る。
【００３７】
【数１５】 測定ｇｍ演算部２２はまたｇｍ（≡ｇｍ１ｍｅａｓ）の
Ｖｇｓによる第１階微分値に応じたｇｍ２ｍｅａｓ及び
第２階微分値に応じたｇｍ３ｍｅａｓを計算する。これ
らｇｍ１ｍｅａｓ，ｇｍ２ｍｅａｓ，ｇｍ３ｍｅａｓは
それぞれ（３）式における項ｖ１，ｖ１ ２，ｖ１ ３の係
数であり、次式で表される。
Ｖｇｓによる第１階微分値に応じたｇｍ２ｍｅａｓ及び
第２階微分値に応じたｇｍ３ｍｅａｓを計算する。これ
らｇｍ１ｍｅａｓ，ｇｍ２ｍｅａｓ，ｇｍ３ｍｅａｓは
それぞれ（３）式における項ｖ１，ｖ１ ２，ｖ１ ３の係
数であり、次式で表される。
【００３８】
【数１６】 測定ｇｏ演算部２４はまたｇｏ（≡ｇｏ１ｍｅａｓ）の
Ｖｄｓによる第１階微分値に応じたｇｏ２ｍｅａｓ及び
第２階微分値に応じたｇｏ３ｍｅａｓを計算する。これ
らｇｏ１ｍｅａｓ，ｇｏ２ｍｅａｓ，ｇｏ３ｍｅａｓは
それぞれ（３）式における項ｖ２，ｖ２ ２，ｖ２ ３の係
数であり、次式で表される。
Ｖｄｓによる第１階微分値に応じたｇｏ２ｍｅａｓ及び
第２階微分値に応じたｇｏ３ｍｅａｓを計算する。これ
らｇｏ１ｍｅａｓ，ｇｏ２ｍｅａｓ，ｇｏ３ｍｅａｓは
それぞれ（３）式における項ｖ２，ｖ２ ２，ｖ２ ３の係
数であり、次式で表される。
【００３９】
【数１７】 測定Ｉ−Ｖ特性生成部２０、測定ｇｍ演算部２２、測定
ｇｏ演算部２４にて計算されたＲＦ Ｉ−Ｖ特性、ｇｍ
及びその微分値、ｇｏ及びその微分値は比較演算部１０
へ出力される。
ｇｏ演算部２４にて計算されたＲＦ Ｉ−Ｖ特性、ｇｍ
及びその微分値、ｇｏ及びその微分値は比較演算部１０
へ出力される。
【００４０】一方、モデル特性演算部８は、モデルＩ−
Ｖ特性生成部３０、モデルｇｍ演算部３２、モデルｇｏ
演算部３４を含んで構成され、モデル特性演算処理Ｓ１
１０を行う。具体的には、まずモデルＩ−Ｖ特性生成部
３０がモデルパラメータ生成部１２に設定されるモデル
パラメータの初期値を読み取って、当該パラメータに対
応するモデルを生成し、そのＩ−Ｖ特性を求める。この
モデルＩ−Ｖ特性を次式で表す。
Ｖ特性生成部３０、モデルｇｍ演算部３２、モデルｇｏ
演算部３４を含んで構成され、モデル特性演算処理Ｓ１
１０を行う。具体的には、まずモデルＩ−Ｖ特性生成部
３０がモデルパラメータ生成部１２に設定されるモデル
パラメータの初期値を読み取って、当該パラメータに対
応するモデルを生成し、そのＩ−Ｖ特性を求める。この
モデルＩ−Ｖ特性を次式で表す。
【００４１】
【数１８】 モデルｇｍ演算部３２はモデルＩ−Ｖ特性生成部３０で
生成されたモデルＩ−Ｖ特性のＶｇｓによる第１階〜第
３階微分値を計算し、これらに応じて次式で表されるｇ
ｍ１ｍｏｄ，ｇｍ２ｍｏｄ，ｇｍ３ｍｏｄを求める。
生成されたモデルＩ−Ｖ特性のＶｇｓによる第１階〜第
３階微分値を計算し、これらに応じて次式で表されるｇ
ｍ１ｍｏｄ，ｇｍ２ｍｏｄ，ｇｍ３ｍｏｄを求める。
【００４２】
【数１９】 これらｇｍ１ｍｏｄ，ｇｍ２ｍｏｄ，ｇｍ３ｍｏｄはそ
れぞれ（３）式における項ｖ１，ｖ１ ２，ｖ１ ３の係数
である。
れぞれ（３）式における項ｖ１，ｖ１ ２，ｖ１ ３の係数
である。
【００４３】モデルｇｏ演算部３４はモデルＩ−Ｖ特性
生成部３０で生成されたモデルＩ−Ｖ特性のＶｄｓによ
る第１階〜第３階微分値を計算し、これらに応じて次式
で表されるｇｏ１ｍｏｄ，ｇｏ２ｍｏｄ，ｇｏ３ｍｏｄ
を求める。
生成部３０で生成されたモデルＩ−Ｖ特性のＶｄｓによ
る第１階〜第３階微分値を計算し、これらに応じて次式
で表されるｇｏ１ｍｏｄ，ｇｏ２ｍｏｄ，ｇｏ３ｍｏｄ
を求める。
【００４４】
【数２０】 これらｇｏ１ｍｏｄ，ｇｏ２ｍｏｄ，ｇｏ３ｍｏｄはそ
れぞれ（３）式における項ｖ２，ｖ２ ２，ｖ２ ３の係数
である。
れぞれ（３）式における項ｖ２，ｖ２ ２，ｖ２ ３の係数
である。
【００４５】モデルＩ−Ｖ特性生成部３０、モデルｇｍ
演算部３２、モデルｇｏ演算部３４にて計算されたＩ−
Ｖ特性、ｇｍ及びその微分値、ｇｏ及びその微分値は比
較演算部１０へ出力される。
演算部３２、モデルｇｏ演算部３４にて計算されたＩ−
Ｖ特性、ｇｍ及びその微分値、ｇｏ及びその微分値は比
較演算部１０へ出力される。
【００４６】比較演算部１０は、測定特性演算部６及び
モデル特性演算部８での計算結果を対比する。すなわ
ち、比較演算部１０はモデルＩ−Ｖ特性とＲＦ Ｉ−Ｖ
特性との一致度、ｇｍ１ｍｅａｓ，ｇｍ２ｍｅａｓ，ｇ
ｍ３ｍｅａｓとｇｍ１ｍｏｄ，ｇｍ２ｍｏｄ，ｇ
ｍ３ｍｏｄとの一致度、ｇｏ１ｍｅａｓ，ｇ
ｏ２ｍｅａｓ，ｇ ｏ３ｍｅａｓとｇｍ１ｍｏｄ，ｇ
ｍ２ｍｏｄ，ｇｍ３ｍｏｄとの一致度を（１４）式で表
されるＥＭＵを例えば評価関数として用いて評価する
（Ｓ１１５）。
モデル特性演算部８での計算結果を対比する。すなわ
ち、比較演算部１０はモデルＩ−Ｖ特性とＲＦ Ｉ−Ｖ
特性との一致度、ｇｍ１ｍｅａｓ，ｇｍ２ｍｅａｓ，ｇ
ｍ３ｍｅａｓとｇｍ１ｍｏｄ，ｇｍ２ｍｏｄ，ｇ
ｍ３ｍｏｄとの一致度、ｇｏ１ｍｅａｓ，ｇ
ｏ２ｍｅａｓ，ｇ ｏ３ｍｅａｓとｇｍ１ｍｏｄ，ｇ
ｍ２ｍｏｄ，ｇｍ３ｍｏｄとの一致度を（１４）式で表
されるＥＭＵを例えば評価関数として用いて評価する
（Ｓ１１５）。
【００４７】比較演算部１０は、得られたＥＭＵをモデ
ルパラメータ生成部１２に通知する。モデルパラメータ
生成部１２は、ＥＭＵを０と見なせると判断したとき、
すなわち測定により得られた上記（ｉ）〜(iii)の特性
の値と、これに対応するモデルから得られる特性の値と
が一致すると判断したとき（Ｓ１２０）、そのモデル生
成に用いたモデルパラメータをパラメータ抽出対象であ
る半導体デバイスのパラメータとして決定し、本装置の
モデルパラメータ抽出が終了する（Ｓ１２５）。ちなみ
に、この判断は実際には実質的に０と見なせるＥＭＵの
閾値を設定し、比較演算部１０から得られたＥＭＵの値
がこれを下回ったことに基づいて行われる。
ルパラメータ生成部１２に通知する。モデルパラメータ
生成部１２は、ＥＭＵを０と見なせると判断したとき、
すなわち測定により得られた上記（ｉ）〜(iii)の特性
の値と、これに対応するモデルから得られる特性の値と
が一致すると判断したとき（Ｓ１２０）、そのモデル生
成に用いたモデルパラメータをパラメータ抽出対象であ
る半導体デバイスのパラメータとして決定し、本装置の
モデルパラメータ抽出が終了する（Ｓ１２５）。ちなみ
に、この判断は実際には実質的に０と見なせるＥＭＵの
閾値を設定し、比較演算部１０から得られたＥＭＵの値
がこれを下回ったことに基づいて行われる。
【００４８】一方、比較演算部１０から得られたＥＭＵ
の値が、測定特性とモデル特性とが一致していると見な
すのに不十分である場合、すなわち設定されたＥＭＵの
閾値を超えている場合には（Ｓ１２０）、モデルパラメ
ータ生成部１２は、新たなパラメータセットを定めて
（Ｓ１３０）、モデル特性演算部８に与える。そして新
たに得られるモデル特性に基づいて再びＥＭＵに基づく
評価が行われる。このように、測定特性に実質的に一致
する特性を与えるモデルパラメータが得られるまで処理
Ｓ１１０〜Ｓ１３０は反復される。
の値が、測定特性とモデル特性とが一致していると見な
すのに不十分である場合、すなわち設定されたＥＭＵの
閾値を超えている場合には（Ｓ１２０）、モデルパラメ
ータ生成部１２は、新たなパラメータセットを定めて
（Ｓ１３０）、モデル特性演算部８に与える。そして新
たに得られるモデル特性に基づいて再びＥＭＵに基づく
評価が行われる。このように、測定特性に実質的に一致
する特性を与えるモデルパラメータが得られるまで処理
Ｓ１１０〜Ｓ１３０は反復される。
【００４９】パラメータ抽出装置２は、例えばコンピュ
ータを用いて構成することができる。その場合、演算ユ
ニット４はコンピュータの中央処理装置（Central Proc
essing Unit：ＣＰＵ）によって実現され、測定特性演
算部６、モデル特性演算部８、比較演算部１０、モデル
パラメータ生成部１２は当該ＣＰＵ上で実行されるプロ
グラムとして実現される。
ータを用いて構成することができる。その場合、演算ユ
ニット４はコンピュータの中央処理装置（Central Proc
essing Unit：ＣＰＵ）によって実現され、測定特性演
算部６、モデル特性演算部８、比較演算部１０、モデル
パラメータ生成部１２は当該ＣＰＵ上で実行されるプロ
グラムとして実現される。
【００５０】このＣＰＵ上で実行される高周波半導体デ
バイスモデルパラメータ抽出プログラムは、例えばＦＤ
等の磁気記録媒体など、コンピュータによって読み取り
可能な記録媒体に格納することができる。そして、当該
記録媒体をコンピュータに接続、又は内蔵されたＦＤド
ライブ装置４０等によって読み取り、当該プログラムを
実行させることにより、当該コンピュータを本発明に係
る高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置とし
て機能させることができる。
バイスモデルパラメータ抽出プログラムは、例えばＦＤ
等の磁気記録媒体など、コンピュータによって読み取り
可能な記録媒体に格納することができる。そして、当該
記録媒体をコンピュータに接続、又は内蔵されたＦＤド
ライブ装置４０等によって読み取り、当該プログラムを
実行させることにより、当該コンピュータを本発明に係
る高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置とし
て機能させることができる。
【００５１】なお、上述の構成ではＫ＝３としてＩ−Ｖ
特性の第３階微分値までの一致を行う構成を示したが、
さらに高次の微分値までの一致を図り、より高精度の近
似を行うことも可能である。
特性の第３階微分値までの一致を行う構成を示したが、
さらに高次の微分値までの一致を図り、より高精度の近
似を行うことも可能である。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、従来モデルでは高
周波半導体の周波数依存性の効果を無視しており高周波
半導体モデルパラメータが不適切に抽出されてしまう問
題があるが、本発明では従来のＤＣ Ｉ−Ｖ特性に代わ
ってＲＦ Ｉ−Ｖ特性を新たに適用することにより、モ
デルパラメータが適切に抽出され、高精度の高周波特性
解析が可能となる効果が得られる。
周波半導体の周波数依存性の効果を無視しており高周波
半導体モデルパラメータが不適切に抽出されてしまう問
題があるが、本発明では従来のＤＣ Ｉ−Ｖ特性に代わ
ってＲＦ Ｉ−Ｖ特性を新たに適用することにより、モ
デルパラメータが適切に抽出され、高精度の高周波特性
解析が可能となる効果が得られる。
【００５３】また、Ｉ−Ｖ特性だけを測定とモデルとで
一致させるのではなく、さらにＩ−Ｖ特性の微分値の一
致を図ることにより、歪み特性を考慮した高周波半導体
モデルパラメータ抽出が可能となり、高周波半導体非線
形回路の大信号非線形回路解析を正確に行うことが可能
となる効果が得られる。
一致させるのではなく、さらにＩ−Ｖ特性の微分値の一
致を図ることにより、歪み特性を考慮した高周波半導体
モデルパラメータ抽出が可能となり、高周波半導体非線
形回路の大信号非線形回路解析を正確に行うことが可能
となる効果が得られる。
【図１】 トランジスタの電流モデルの簡易図である。
【図２】 図１に示した電圧制御電流源に対する小信号
等価回路図である。
等価回路図である。
【図３】 本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイ
スモデルパラメータ抽出装置の概略の構成を示すブロッ
ク図である。
スモデルパラメータ抽出装置の概略の構成を示すブロッ
ク図である。
【図４】 本発明による高周波半導体デバイスモデルパ
ラメータ抽出方法を示すフロー図である。
ラメータ抽出方法を示すフロー図である。
２ パラメータ抽出装置、６ 測定特性演算部、８ モ
デル特性演算部、１０比較演算部、１２ モデルパラメ
ータ生成部、１６ 高周波ネットワークアナライザ、２
０ 測定Ｉ−Ｖ特性生成部、２２ 測定ｇｍ演算部、２
４ 測定ｇｏ演算部、３０ モデルＩ−Ｖ特性生成部、
３２ モデルｇｍ演算部、３４ モデルｇｏ演算部。
デル特性演算部、１０比較演算部、１２ モデルパラメ
ータ生成部、１６ 高周波ネットワークアナライザ、２
０ 測定Ｉ−Ｖ特性生成部、２２ 測定ｇｍ演算部、２
４ 測定ｇｏ演算部、３０ モデルＩ−Ｖ特性生成部、
３２ モデルｇｍ演算部、３４ モデルｇｏ演算部。
Claims (9)
- 【請求項１】 高周波Ｓパラメータ測定に基づいて、半
導体デバイスの端子間電圧と当該端子間のコンダクタン
スとの関係を測定するコンダクタンス測定ステップと、 前記コンダクタンスを前記端子間電圧に関して積分し
て、前記半導体デバイスについての測定に基づく電流特
性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性取得ス
テップと、 半導体デバイスモデルから得られる電流特性であるモデ
ルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対比に基づいて
前記半導体デバイスモデルのモデルパラメータを定める
パラメータ決定ステップと、 を有することを特徴とする高周波半導体デバイスモデル
パラメータ抽出方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の高周波半導体デバイスモ
デルパラメータ抽出方法において、 前記パラメータ決定ステップは、前記測定Ｉ−Ｖ特性及
び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記端子間電圧に関
する第ｎ階微分値（ｎ≧１）相互の対比をも考慮して前
記モデルパラメータを定めることを特徴とする高周波半
導体デバイスモデルパラメータ抽出方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の高周波半導体デバイスモ
デルパラメータ抽出方法において、 前記パラメータ決定ステップは、前記測定Ｉ−Ｖ特性の
第１階微分値として前記コンダクタンスを用い、前記測
定Ｉ−Ｖ特性の第ｍ階微分値（ｍ≧２）として前記コン
ダクタンスの前記端子間電圧に関する第（ｍ−１）階微
分値を用いることを特徴とする高周波半導体デバイスモ
デルパラメータ抽出方法。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
の高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法にお
いて、 前記コンダクタンス測定ステップは、前記半導体デバイ
スのゲート−ソース間に対応した相互コンダクタンス及
び前記半導体デバイスのドレイン−ソース間に対応した
出力コンダクタンスを測定し、 前記測定Ｉ−Ｖ特性取得ステップは、前記相互コンダク
タンスをゲート−ソース間電圧に関して積分した値と前
記出力コンダクタンスをドレイン−ソース間電圧に関し
て積分した値とに基づいて前記測定Ｉ−Ｖ特性を求める
こと、 を特徴とする高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽
出方法。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
の高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法にお
いて、 前記パラメータ決定ステップは、前記測定Ｉ−Ｖ特性及
び前記モデルＩ−Ｖ特性相互の対比に加えて、前記測定
Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記ゲ
ート−ソース間電圧に関する第ｎ階微分値（ｎ≧１）相
互及び前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前記モデルＩ−Ｖ特性そ
れぞれの前記ドレイン−ソース間電圧に関する第ｎ階微
分値相互を対比することを特徴とする高周波半導体デバ
イスモデルパラメータ抽出方法。 - 【請求項６】 高周波Ｓパラメータ測定から得られる半
導体デバイスの端子間のコンダクタンスの測定値に基づ
き、前記コンダクタンスを端子間電圧に関して積分し
て、前記半導体デバイスについての測定に基づく電流特
性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性取得手
段と、 半導体デバイスモデルから得られる電流特性であるモデ
ルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対比に基づいて
前記半導体デバイスモデルのモデルパラメータを定める
パラメータ決定手段と、 を有することを特徴とする高周波半導体デバイスモデル
パラメータ抽出装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の高周波半導体デバイスモ
デルパラメータ抽出装置において、 前記パラメータ決定手段は、前記測定Ｉ−Ｖ特性及び前
記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記端子間電圧に関する
第ｎ階微分値（ｎ≧１）相互の対比をも考慮して前記モ
デルパラメータを定めることを特徴とする高周波半導体
デバイスモデルパラメータ抽出装置。 - 【請求項８】 高周波Ｓパラメータ測定から得られる半
導体デバイスの端子間のコンダクタンスの測定値に基づ
き、前記コンダクタンスを端子間電圧に関して積分し
て、前記半導体デバイスについての測定に基づく電流特
性である測定Ｉ−Ｖ特性を求める測定Ｉ−Ｖ特性取得モ
ジュールと、 半導体デバイスモデルから得られる電流特性であるモデ
ルＩ−Ｖ特性と前記測定Ｉ−Ｖ特性との対比に基づいて
前記半導体デバイスモデルのモデルパラメータを定める
パラメータ決定モジュールと、 を含むプログラムを格納したことを特徴とするコンピュ
ータ読み取り可能な記録媒体。 - 【請求項９】 請求項８記載のコンピュータ読み取り可
能な記録媒体において、 前記パラメータ決定モジュールは、前記測定Ｉ−Ｖ特性
及び前記モデルＩ−Ｖ特性それぞれの前記端子間電圧に
関する第ｎ階微分値（ｎ≧１）相互の対比をも考慮して
前記モデルパラメータを定めることを特徴とするコンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000050677A JP2001244452A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法、高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置及び記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000050677A JP2001244452A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法、高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置及び記録媒体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001244452A true JP2001244452A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=18572437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000050677A Pending JP2001244452A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出方法、高周波半導体デバイスモデルパラメータ抽出装置及び記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001244452A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274373A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | Ｓパラメータ算出装置，ｓパラメータ算出方法，ｓパラメータ算出プログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| CN104679960A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-06-03 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种射频变容器的统计建模方法 |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000050677A patent/JP2001244452A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274373A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | Ｓパラメータ算出装置，ｓパラメータ算出方法，ｓパラメータ算出プログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| CN104679960A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-06-03 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种射频变容器的统计建模方法 |
| CN104679960B (zh) * | 2015-03-13 | 2018-04-03 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种射频变容器的统计建模方法 |
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