[發明專利]一種新型晶體管小信號等效電路模型

在審

• 申請號: 201410218694.6
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN103995933A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 姜楠;黃風義;張有明
• 申請（專利權）人: 上海傲亞微電子有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及晶體管的器件模型，特別是晶體管的小信號等效電路模型。

背景技術

晶體管模型主要包括兩大類型，物理模型和等效電路模型。其中，等效電路模型是對晶體管進行模擬仿真的一種通用、有效的模型，建立準確的等效電路模型是電路設計成功的關鍵，也是提高電路性能、縮短研制周期、提高設計成功率和成品率、降低研制生產成本的核心因素。

晶體管主要分為兩大類：場效應晶體管和雙極型晶體管。雖然兩者的工作機制有所不同，但兩者的小信號等效電路模型仍有很多相似之處。其中，場效應晶體管包括金屬-氧化物-半導體晶體管(MOSFET)、金屬-半導體晶體管(MESFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)，以及贗高電子遷移率晶體管(PHEMT)等。雙極型晶體管包括同質結雙極型晶體管(BJT)和異質結雙極性晶體管(HBT)。

本發明主要是針對晶體管的小信號等效電路模型，特別是在晶體管工作頻率升高了之后，提出針對高頻工作下晶體管的高級寄生效應，包括極內寄生電容效應和本征電感效應，從而實現對晶體管的高精度仿真。

以下，我們通過對場效應晶體管和雙極晶體管兩大類傳統模型技術的分析，介紹傳統晶體管小信號等效電路模型所沒有考慮的某些高頻寄生效應，并說明本發明思想的新穎性。

隨著晶體管制備技術的進步，晶體管的工作頻率一直在提升。傳統等效電路模型主要針對低頻下的物理效應，將無法精確表達高頻下的寄生效應。例如，在低頻下一段導線可以用電阻來表征，但在高頻下電流將產生趨膚效應，從而導致寄生電容、電感的高級效應。

針對場效應晶體管的傳統小信號等效電路模型，發明專利(Roger?S.Tsal，“SEMI-PHYSICAL?MODELING?OF?HEMT?HIGH?FREQUENCY?SMALL?SIGNAL?EQUIVALENT?CIRCUIT?MODELS”，US200200077258A1，Jan.17，2002，參考專利1)提出了一種HEMT小信號等效電路模型半物理建模方法。該發明專利中采用的等效電路模型包括寄生部分和本征部分兩部分，其中，寄生部分包括柵極寄生電感、柵極寄生電阻、漏極寄生電感、漏極寄生電阻、源極寄生電感、源極寄生電阻；本征部分包括柵漏電容、柵源電容、電壓控制電流源、漏源電阻、漏源電容、溝道電阻、柵漏電阻、柵源泄露電阻以及柵漏泄露電阻。該發明專利考慮的電感效應體現在寄生部分，包括柵極寄生電感，漏極寄生電感以及源極寄生電感，但專利中對本征部分的電感效應卻沒有考慮。本征部分的電感效應反映了晶體管內部電流產生的電感，并可以通過柵源本征電感、柵漏本征電感、漏源本征電感的形式體現。我們在隨后的測試結果與仿真結果的比較中，說明僅僅通過寄生電感無法實現等效電路模型和測試結果之間的高精度擬合。此外，參考專利1考慮的電容相應主要體現在本征部分，包括柵漏電容、柵源電容、漏源電容，但沒有考慮寄生部分電容。隨著晶體管工作頻率的增加，寄生部分的電容不能忽略。

論文(Fan?Qian，Jacob?H.Leach，and?Hadis?Morkoc，“Small?signal?equivalent?circuit?modeling?for?AlGaN/GaN?HFET：Hybrid?extraction?method?for?determining?circuit?elements?of?AlGaN/GaN?HFET”，Proceedings?of?the?IEEE，98(7)：1140-1150，2010，參考文獻1)介紹了氮化鎵(GaN)場效應管關鍵元件的混合提取方法，該論文采用了一種包含18個元件的等效電路模型，同參考專利1采用的等效電路模型相比，增加考慮了柵極寄生電容、漏極寄生電容。相比于參考專利1，該論文的模型精度雖然有了改善，但仍沒有包括高頻下具有重要影響的極內寄生電容效應和本征電感效應。