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、太空領域的廣泛應用，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，噪聲系數低，功率增益高等特點，已經成為毫米波單片集成電路設計領域的重點研究對象。本論文針對InP基HEMT器件的小信號模型建立進行了研究，主要的研究內容如下:首先，詳細介紹了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)場效應管小信號模型，并根據本論文討論的HEMT器件特性進行修改優(yōu)化，使其能夠更好

2、的反映器件性能。在傳統(tǒng)場效應管小信號模型的基礎上，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確性。
　　其次，從HEMT器件的外延結構入手，通過TCAD仿真軟件對器件內部物理特性進行仿真，主要對器件能帶結構和二維電子氣濃度進行了對比，從而選擇性能更優(yōu)良的外延結構。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

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

4、方法。首先提取寄生參數。從IC-CAP測試軟件中導出在特定偏置下的S參數測試值，利用ADS2009中的控件進行寄生參數算法的計算。不同寄生參數的計算算法有很多種，本文對比了不同寄生參數的計算算法，闡述各個算法的優(yōu)缺點，選擇適合本論文器件的算法，計算出相應的寄生參數值。其中，提取寄生電阻是難點。本文采用創(chuàng)新的直流Yang-Long提取法和COLD-FET提取法相結合的方式進行寄生參數的提取。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)方法提取電阻經常出現(xiàn)負值的缺點。之后，進行本征部分參數的提取。先將測試所得的S參數進行去嵌處理，除去寄生參數的影響。再根據優(yōu)化后的小信號等效電路，通過去嵌后的Y參數計算出各個本征參數值。小信號模型的建立就是將提取出的所有參數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行S參數的仿真，并與實際器件測試的S參數結果進行擬合。經過仿真擬合發(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際制備