3毫米InP基HEMT器件小信號建模研究.pdf

1、隨著毫米波段電路在軍事、太空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，InP基高電子遷移率晶體管(HEMT)由于具有電子遷移率高，適用頻率范圍廣，噪聲系數(shù)低，功率增益高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為毫米波單片集成電路設(shè)計領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對象。本論文針對InP基HEMT器件的小信號模型建立進(jìn)行了研究，主要的研究內(nèi)容如下:首先，詳細(xì)介紹了HEMT器件的基本工作原理，說明了器件的直流和交流特性。介紹了傳統(tǒng)場效應(yīng)管小信號模型，并根據(jù)本論文討論的HEMT器件特性進(jìn)行修改優(yōu)化，使其能夠更好

2、的反映器件性能。在傳統(tǒng)場效應(yīng)管小信號模型的基礎(chǔ)上，增加了表示柵極漏電流的電阻Rgs和Rgd提高了小型號模型的準(zhǔn)確性。
　　其次，從HEMT器件的外延結(jié)構(gòu)入手，通過TCAD仿真軟件對器件內(nèi)部物理特性進(jìn)行仿真，主要對器件能帶結(jié)構(gòu)和二維電子氣濃度進(jìn)行了對比，從而選擇性能更優(yōu)良的外延結(jié)構(gòu)。之后，介紹了InP基HEMT器件的基本工藝流程，利用中科院微電子所四室微波集成電路工藝線的工藝流程，制備出性能穩(wěn)定的HEMT器件。介紹了器件直流交流各項(xiàng)

3、特性參數(shù)的測試方法。測試平臺是由Cascade半自動探針臺、Agilent公司出品的8363PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行組成。測試偏置點(diǎn)的設(shè)置是由IC-CAP測試軟件控制。對制備出的InP基HEMT器件進(jìn)行測試，測試得到最大跨導(dǎo)值為1064mS/mm，截止頻率fT=196.8GHz，最大震蕩頻率fmax=456GHz。
　　最后，本論文詳細(xì)介紹了InP HEMT器件小信號模型參數(shù)的提取和建模過程。介紹了模型本征參數(shù)和寄生參數(shù)的不同提取

4、方法。首先提取寄生參數(shù)。從IC-CAP測試軟件中導(dǎo)出在特定偏置下的S參數(shù)測試值，利用ADS2009中的控件進(jìn)行寄生參數(shù)算法的計算。不同寄生參數(shù)的計算算法有很多種，本文對比了不同寄生參數(shù)的計算算法，闡述各個算法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合本論文器件的算法，計算出相應(yīng)的寄生參數(shù)值。其中，提取寄生電阻是難點(diǎn)。本文采用創(chuàng)新的直流Yang-Long提取法和COLD-FET提取法相結(jié)合的方式進(jìn)行寄生參數(shù)的提取。這種方法能夠精確而又簡便的提取計算寄生電阻值，并

5、且克服了傳統(tǒng)方法提取電阻經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)值的缺點(diǎn)。之后，進(jìn)行本征部分參數(shù)的提取。先將測試所得的S參數(shù)進(jìn)行去嵌處理，除去寄生參數(shù)的影響。再根據(jù)優(yōu)化后的小信號等效電路，通過去嵌后的Y參數(shù)計算出各個本征參數(shù)值。小信號模型的建立就是將提取出的所有參數(shù)值帶入到小信號等效電路中。最后，對所建立的小信號模型進(jìn)行S參數(shù)的仿真，并與實(shí)際器件測試的S參數(shù)結(jié)果進(jìn)行擬合。經(jīng)過仿真擬合發(fā)現(xiàn)，兩者曲線擬合良好，說明本論文討論的提參方法與優(yōu)化后的小信號模型能夠表征實(shí)際制備