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专利号: 202510070975X
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种GaN HEMT器件等效电路模型的参数提取方法,其特征在于,至少包括以下步骤:步骤S1:将GaN HEMT器件建模为小信号等效电路模型;

步骤S2:基于步骤S1的模型,提取外部寄生参数;

步骤S3:提取内部本征参数;

步骤S1中,等效电路模型包括外部寄生参数和内部本征参数,其中,外部寄生参数不受施加的偏置电压影响,包括金属电极间寄生电容Cpg、Cpd和Cpgd,外部寄生电感Lg、Ld和Ls,以及外部寄生电阻Rg、Rd和Rs;内部本征参数受器件工作时的沟道结构和偏置条件影响,包括沟道电阻Rgs、栅漏电阻Rgd、漏源输出电导Gds;各端口之间电容Cgs、Cgd、Cds;跨导gm、时延参数;

所述步骤S3还包括如下步骤:

在提取完外部寄生参数后,通过在偏压工作点下测量器件的S参数,并利用矩阵网络变换公式去嵌掉外部寄生参数,获得器件的本征Y参数;提取本征参数的表达式如下所示:;

获取器件跨导最大点作为器件选定的工作点,通过上式得到0 40 GHz内该偏置下的各~本征参数提取值曲线;

计算得到各个本征参数在全频段的平均值;定义模型误差为:;

其中SSim,ij是仿真S参数数据,SMea,ij是测试S参数数据;

设模型误差的上下限差值为γ,设某频点下某一本征参数的提取值为A,令:;

其中, 为该本征参数全频段内的平均值, 为该频点下的提取值与全频段平均值的比值;

将某一本征参数提取值A代入电路模型进行仿真,其他本征参数取全频段平均值,计算不同 与其对应的模型精度误差上下限 ,取 最低点的值作为该本征参数的提取值;以此提取所有内部本征参数。

2.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件等效电路模型的参数提取方法,其特征在于,GaN HEMT器件的栅长为100 nm,总栅宽为75 um,其中,单指栅宽为37.5 um,栅指数为2。

3.根据权利要求2所述的GaN HEMT器件等效电路模型的参数提取方法,其特征在于,步骤S2中,提取外部寄生电容时,包括如下步骤:在低频条件下和沟道关断状态下,将GaN HEMT器件的小信号等效电路简化为仅包含电容的电路模型;

测试器件去嵌后的S参数,去嵌后器件Y参数的虚部与角频率呈如下式所述的线性关系:;

采用退火算法优化寄生电容的提取,其中,Cpg、Cpd、Cpgd为外部寄生电容,Cgs、Cds、Cgd为截止条件下沟道电容值;在器件处于截止状态时,认为栅源、栅漏的耗尽区宽度相同,即Cgs=Cgd=Cb且Cds=0;

首先,初始化电容Cpg、Cpd、Cb为小值,并通过仿真计算与实测数据的误差,逐步调整其值,最终得到最优电容值;

接着,优化Cpgd,初始值设为0,通过仿真调整至最小误差时,得到Cpgd;最后,优化Cgs和Cgd,通过退火算法得到Cgs、Cgd;最终得到优化后的外部寄生电容值。

4.根据权利要求2所述的GaN HEMT器件等效电路模型的参数提取方法,其特征在于,步骤S2中,提取外部寄生电感时,包括如下步骤:在冷场‑截止条件下,高频下的等效电路模型忽略了容抗,并考虑了沟道分布电阻 Rc的影响,通过对等效电路中的Z参数进行推导,得到其虚部的表达式,并以 为横坐标、虚部为纵坐标作图;由此,从曲线的斜率中提取出三个寄生电感 的值,具体的提取公式见下:

其中,Rg、Rs、Rd为寄生电阻值,Lg、Ls、Ld为寄生电感值,Cg、Cs、Cd为寄生电容值;对上述三个等式左右同时乘角频率 可以得到Z参数的虚部为:;

以 为横坐标、 的虚部为纵坐标做直线,其直线斜率即为三个寄生电感的提取值。