[發(fā)明專利]一種THz頻段InP DHBT器件在片測(cè)試結(jié)構(gòu)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811405567.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN110008489B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉軍;劉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué);中國(guó)電子科技集團(tuán)公司信息科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/398
• 分類號(hào): G06F30/398;G06F30/20
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 董世博

1.一種THz頻段InP?DHBT器件在片測(cè)試結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

101)建立模型步驟：建立短路結(jié)構(gòu)和開路結(jié)構(gòu)，其中短路結(jié)構(gòu)相對(duì)于開路結(jié)構(gòu)增加了短路連接線，短路結(jié)構(gòu)和開路結(jié)構(gòu)都包括測(cè)試地平面的寄生電感和測(cè)試地平面的寄生電阻；

102)低頻下參數(shù)獲取步驟：低頻狀況下，地平面的寄生電感、地平面的寄生電阻不起作用，金屬連接線理想接地，其等效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括C_mx、C_mi、C_sl、C_tl、C_tr、C_sr、R_sl、R_sr、R_mx；其中C_mx和R_mx串聯(lián)支路表示信號(hào)端口之間的寄生電容和電阻；C_mi表示信號(hào)端口之間的寄生電容；C_sl和R_sl串聯(lián)支路表示左側(cè)G-S-G?PAD和金屬傳輸線與地平面之間的總串聯(lián)寄生電容和電阻；C_tl表示左側(cè)G-S-G?PAD和金屬傳輸線與地平面之間的總并聯(lián)寄生電容；C_sr和R_sr串聯(lián)支路表示右側(cè)G-S-G?PAD和金屬傳輸線與地平面之間的總串聯(lián)寄生電容和電阻；C_tr表示右側(cè)G-S-G?PAD和金屬傳輸線與地平面之間的總并聯(lián)寄生電容；其中C_tl＝C_stl//C_sdl，C_tr＝C_str//C_sdr；

將等效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為π型網(wǎng)絡(luò)，該π型網(wǎng)絡(luò)的各部分參數(shù)Y關(guān)系如下：Y_l表示R_sl、C_sl和C_tl網(wǎng)絡(luò)，Y_r表示R_sr、C_sr和C_tr網(wǎng)絡(luò)，Y_m表示R_mx、C_mx和C_mi網(wǎng)絡(luò)，可依次推導(dǎo)為Y_m＝－Y₂₁＝－Y₁₂，Y_l＝Y(jié)₁₁+Y₁₂，Y_r＝Y(jié)₂₂+Y₁₂，其中Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁和Y₂₂分別表示二端口網(wǎng)絡(luò)中的端口間的導(dǎo)納；

其中Y_m還可根據(jù)等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表示為如下公式：

Y_m＝j(luò)ωC_mi+[R_mx+(jωC_mx)^-1]^-1????公式(1)

其中，j為參數(shù)；ω表示角頻率；

Y_m的實(shí)部和虛部表達(dá)式如下：

[Re(Y_m)]^-1＝R_mx+(ω²C_mx²R_mx)^-1????公式(2)

Im(Y_m)＝[C_mi+C_mx(1+ω²C_mx²R_mx²)^-1]×ω????公式(3)

其中根據(jù)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，可得[Re(Y_m)]^-1關(guān)于ω^-2的截距和斜率，從而依次得到R_mx和C_mx，將提取所得R_mx和C_mx代入公式(3)，可得到C_mi的值；

C_mi＝ω^-1Im(Y_m)-C_mx(1+ω²R_mx²C_mx²)^-1????公式(4)

同理Y_l和Y_r與Y_m有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提取方法同上；從而同理得到C_tl和C_tr，C_tl和C_tr參數(shù)提取后，分別由C_tl和C_tr計(jì)算C_stl、C_sdl以及C_str、C_sdr的值時(shí)，引入了比例因子K_l和K_r，計(jì)算公式分別為C_sdl＝K_lC_tl、C_stl＝(1-K_l)C_tl以及C_sdr＝K_rC_tr、C_str＝(1-K_r)C_r，其中K_l和K_r的值在實(shí)際檢測(cè)中確定，其位常數(shù)；

根據(jù)已知Signal-PAD的半徑和Signal-PAD到待測(cè)器件連接線的尺寸以及地平面的長(zhǎng)寬，得到其有效面積；由于寄生電容與金屬結(jié)構(gòu)面積成正比，寄生電阻與面積成反比，從低頻提取所得總的電阻和電容分量中，根據(jù)面積比例可分離算出C_stfl、C_sfl、R_sfl和C_stgl、C_sgl、R_sgl，并得到其值；根據(jù)電阻和電容的單位面積因子，得到在高頻下考慮的地平面的寄生電容和電阻C_zi、C_zx和R_zx的值，其中C_zx和R_zx串聯(lián)支路表示地平面的高頻寄生電容和電阻，C_zi表示地平面的高頻寄生電容，對(duì)于C_zl和C_zr采用以下方法計(jì)算C_zl＝2×C_mi，C_zl＝2×C_mi；其中C_zl表示左側(cè)信號(hào)端到地平面的寄生電容，C_zr表示右側(cè)信號(hào)端到地平面的寄生電容；

103)高頻下參數(shù)獲取步驟：高頻狀況下，金屬感性寄生電阻和金屬感性寄生電容，其與參數(shù)Z之間的關(guān)系如下：

Z_Short′＝(Y_Short-Y_Open)^-1????公式(5)

Y_Short表示采用Short結(jié)構(gòu)的容性寄生，Y_Open表示Open結(jié)構(gòu)的容性寄生，Z_Short表示Short結(jié)構(gòu)的參數(shù)Z；

高頻狀況下，金屬連接線和地平面的感性寄生電阻和感性寄生電容變得顯著，在不考慮各部分的趨膚效應(yīng)的情況下，其等效電路模型包括Z_a，Z_b和Z_m分別代表T形二端口網(wǎng)絡(luò)中左側(cè)部分、右側(cè)部分和中間部分的阻抗，其中通過參數(shù)Z可分別確定如下：

Z_a＝[Z_Short′]₁₁-[Z_Short′]₁₂????公式(6)

Z_b＝[Z_Short′]₂₂-[Z_Short′]₁₂????公式(7)

Z_m＝[Z_Short′]₁₂＝[Z_Short′]₂₁????公式(8)

Z_a，Z_b和Z_m還可進(jìn)一步表示為：

Z_a＝(R_l+R_stubl)+jω(L_l+L_stubl)????公式(9)

Z_b＝(R_r+R_stubr)+jω(L_r+L_stubr)????公式(10)

Z_m＝(R_m+R_stubm)+jω(L_m+L_stubm)????公式(11)

R_l、L_l表示左側(cè)金屬連接線的感性寄生電阻和電感，R_r、L_r表示右側(cè)金屬連接線的感性寄生電阻和電感，R_m、L_m表示地平面的感性寄生電阻和電感；R_stubl和L_stubl串聯(lián)支路表示左側(cè)短路連接線的寄生電阻和電感，R_stubr和L_stubr串聯(lián)支路表示右側(cè)短路連接線的寄生電阻和電感，R_stubm和L_stubm串聯(lián)支路表示中間短路連接線的寄生電阻和電感；

其中R_stubl和L_stubl的提取公式如下：

R_stubl＝R_shrink1×MRS×L_l/W_l????公式(13)

其中L_shrink1和R_shrink1為縮放因子，MT表示金屬的厚度，MRS表示金屬的面電阻，L_l為金屬短路線的左側(cè)長(zhǎng)度，W_l為金屬短路線的左側(cè)寬度；R_stubr、R_stubm和L_stubr、L_stubm處理公式相同；從而由公式(9)至公式(11)的實(shí)虛部，可直接得到R_l、R_r、R_m和L_l、L_r、L_m的值；

當(dāng)頻率達(dá)到一定的數(shù)值，趨膚效應(yīng)變得顯著，趨膚效應(yīng)部分參數(shù)的提取中，當(dāng)R_stubl、R_stubr、R_stubm和L_stubl、L_stubr、L_stubm以及R_l、R_r、R_m和L_l、L_r、L_m的值被確定時(shí)，采用高頻下的阻抗網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)Z減去低頻下的參數(shù)Z，可得到趨膚效應(yīng)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的高頻等效阻抗，來進(jìn)行修正，具體關(guān)于高頻趨膚效應(yīng)部分的參數(shù)的初值過程如下：

金屬連接線的電導(dǎo)率為：

condtls＝1/(MRS·MT)????公式(14)

金屬連接線在最高頻率f_max下的趨膚深度為：

金屬連接線每一部分的趨膚厚度分別為:

h_1s＝δ_{max_m}/3????公式(16)

h_2s＝2·δ_{max_m}/3????公式(17)

h_3s＝MT-2·δ_{max_m}????公式(18)

其中h_1s表示一階高頻趨膚效應(yīng)的厚度，h_2s表示二階高頻趨膚效應(yīng)的厚度，h_3s表示三階高頻趨膚效應(yīng)的厚度；

金屬連接線每一部分對(duì)應(yīng)的趨膚寬度分別為:

w_1s＝2·(WE+MT-2·h_1s)????公式(19)

w_2s＝2·(WE+MT-4·h1s-2·h_2s)????公式(20)

w_3s＝WE-2·δ_{max_m}????公式(21)

其中w_1s表示一階高頻趨膚效應(yīng)的寬度，w_2s表示二階高頻趨膚效應(yīng)的寬度，w_3s表示三階高頻趨膚效應(yīng)的寬度；

根據(jù)公式可得，金屬連接線高頻趨膚各部分的電阻值分別為:

R_li＝R_shrink2·L_total/(condtls·h_is·w_is)(i＝1,2,3)????公式(22)

根據(jù)公式可得，金屬連接線高頻趨膚各部分的電感值分別為:

其中，L_shrink2和R_shrink2為縮放因子，MT為金屬的厚度，MRS為金屬的面電阻，MUO為磁介電常數(shù)，L_total為左側(cè)金屬連接線總長(zhǎng)度，WE為金屬連接線的有效寬度；

從而可得R_l1，R_l2，R_l3和L_l1，L_l2，L_l3的初始值，并計(jì)算得到高頻趨膚部分對(duì)應(yīng)的總阻抗參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種THz頻段InP?DHBT器件在片測(cè)試結(jié)構(gòu)建模方法，其特征在于，開路短路模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PAD的長(zhǎng)度和寬度分別為380um、195um，圓形Signal-PAD的半徑是30um，Signal-PAD和Ground-PAD之間的間距是22um。