毫米波fet的噪聲模型建立方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種毫米波FET的噪聲模型建立方法，其包括：將毫米波FET劃分為無(wú)源結(jié)構(gòu)區(qū)和有源結(jié)構(gòu)區(qū)；將有源結(jié)構(gòu)區(qū)沿柵極的寬度方向等分為N個(gè)第一單元，并將第一單元等分為與毫米波FET的柵指數(shù)目相等的份數(shù)，得到多個(gè)第二單元；在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型，并利用低頻噪聲模型得到第二單元的包含本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)；計(jì)算毫米波信號(hào)在毫米波FET的輸入電極和輸出電極中的傳輸特性，得到輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)；將第二單元的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)、輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)按照端口對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行連接，得到毫米波FET的噪聲模型。本發(fā)明建立的噪聲模型在毫米波及更高頻率時(shí)精度較高。
【專利說明】
毫米波FET的噪聲模型建立方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及晶體管建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種毫米波FET的噪聲模型建立方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 器件模型在電路設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用，在電路設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)之間發(fā)揮著 橋梁的作用。隨著電路工作頻率進(jìn)入微波甚至更高頻段，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的設(shè)計(jì)方法越 來越不能滿足電路設(shè)計(jì)的要求，因而獲得精確的器件模型將顯得越來越重要，這不僅可以 提高電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，減少工藝反復(fù)，而且可以降低產(chǎn)品成本，縮短研制周期。
[0003] 隨著場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor，F(xiàn)ET)特征尺寸減小，其工作頻率 進(jìn)入毫米波甚至太赫茲頻段，對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)僅為亞毫米甚至微米量級(jí)，此時(shí)FET的單指柵 寬以及輸入輸出電極的尺寸已經(jīng)可以和工作波長(zhǎng)相比擬，此時(shí)必須考慮信號(hào)和噪聲傳輸時(shí) 的衰減、相位延遲等行波效應(yīng)的影響。另外，隨著器件工作頻率的升高，F(xiàn)ET輸入輸出電極以 及有源區(qū)柵源漏電極的寄生效應(yīng)對(duì)器件性能的影響越來越大，特別是輸入電極的寄生參數(shù) 對(duì)器件高頻噪聲參數(shù)的影響很大，在FET噪聲模型建立過程中需要特別考慮。
[0004] 精確的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)模型是建立噪聲模型的基礎(chǔ)。但傳統(tǒng)的小信號(hào)等效電 路模型采用集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)來模擬FET的外部寄生參數(shù)和本征參數(shù)，并沒有考慮信號(hào)和噪聲 在FET電極中傳輸時(shí)的行波效應(yīng)的影響；而且在毫米波頻段，F(xiàn)ET的外部寄生參數(shù)并不能再 等效為簡(jiǎn)單的寄生參數(shù)網(wǎng)絡(luò)(寄生電阻R、寄生電容C、寄生電感L)，否則在擬合器件高頻段 的特性時(shí)，一些參數(shù)將偏離其實(shí)際合理的區(qū)間范圍，從而導(dǎo)致模型在低頻段時(shí)精度變差;若 增加寄生參數(shù)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度來模擬FET的毫米波特性，又將使得參數(shù)的提取十分困難。因 此，當(dāng)FET工作頻率進(jìn)入毫米波太赫茲頻段后，繼續(xù)基于傳統(tǒng)的集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)來建立器件的 噪聲模型，將帶來較大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決傳統(tǒng)的基于集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)建立的FET噪聲模型在毫米波及更高頻率時(shí)精度 較差的問題，本發(fā)明提供一種毫米波FET的噪聲模型建立方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種毫米波FET的噪聲 模型建立方法，包括:S1:將毫米波FET劃分為無(wú)源結(jié)構(gòu)區(qū)和有源結(jié)構(gòu)區(qū)，其中所述無(wú)源結(jié)構(gòu) 區(qū)包括輸入電極和輸出電極，所述有源結(jié)構(gòu)區(qū)為輸入電極和輸出電極之間的器件區(qū)域;S2: 將毫米波FET的有源結(jié)構(gòu)區(qū)沿柵極的寬度方向等分為N個(gè)第一單元，并將所述第一單元等分 為與所述毫米波FET的柵指數(shù)目相等的份數(shù)，得到多個(gè)第二單元，其中，所述第一單元的柵 寬小于或等于毫米波FET的工作波長(zhǎng)的1/20; S3:在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型， 并利用所述低頻噪聲模型得到第二單元的包含本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)； S 4:計(jì)算暈米波信號(hào)在暈米波F E T的輸入電極和輸出電極中的傳輸特性，得到輸入電極S參 數(shù)和輸出電極S參數(shù);S5:將所述第二單元的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)、所述輸入電極S參數(shù)和所述輸出 電極S參數(shù)按照端口對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行連接，得到毫米波FET的噪聲模型。
[0007] 優(yōu)選地，所述步驟S3具體包括：S31:根據(jù)毫米波FET的類型選取等效電路拓?fù)洌?S32:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行冷場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)冷場(chǎng)測(cè)試結(jié)果在低頻段從所述等效電路拓?fù)渲?提取毫米波FET的外部寄生參數(shù);S33:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行熱場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)熱場(chǎng)測(cè)試結(jié)果 和所述外部寄生參數(shù)在低頻段從所述等效電路拓?fù)渲刑崛『撩撞‵ET的本征參數(shù);S34:對(duì) 所述毫米波FET進(jìn)行源負(fù)載牽引噪聲和S參數(shù)綜合測(cè)試，根據(jù)綜合測(cè)試結(jié)果、所述外部寄生 參數(shù)和所述本征參數(shù)在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型，并根據(jù)所述低頻噪聲模型 得到毫米波FET的噪聲源表達(dá)式；S35:基于所述毫米波FET的本征參數(shù)、噪聲源表達(dá)式和噪 聲相關(guān)矩陣并聯(lián)理論，計(jì)算得到所述第一單元的本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式;S36:根據(jù)所述 第一單元和所述第二單元的等分關(guān)系，得到第二單元的包含本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式的本 征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
[0008] 優(yōu)選地，在所述步驟S31之前，所述步驟S3還包括:對(duì)毫米波FET的測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行去 嵌入處理。
[0009] 優(yōu)選地，所述去嵌入處理的方式為利用開路結(jié)構(gòu)消除并聯(lián)電容的影響，利用短路 結(jié)構(gòu)消除串聯(lián)電感和電阻的影響。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟S4具體為:對(duì)所述毫米波FET的輸入電極、輸出電極和第一單元 進(jìn)行三維電磁場(chǎng)模擬計(jì)算，得到輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)。
[0011] 優(yōu)選地，所述噪聲模型建立方法還包括:S6:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行小信號(hào)和噪聲 在片測(cè)試得到在片測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)所述毫米波FET的噪聲模型進(jìn)行電路仿真模擬得到仿真數(shù) 據(jù)，將所述在片測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判斷所述噪聲模型的準(zhǔn)確度。
[0012] 優(yōu)選地，所述毫米波FET的類型為GaAs pHEMT、GaN HEMT以及InP HEMT。
[0013] 區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] (1)可以模擬毫米波信號(hào)和噪聲在FET電極中傳播時(shí)行波效應(yīng)的影響，模型精度更 尚；
[0015] (2)建立的噪聲模型可用于頻率外推，從而預(yù)測(cè)器件在測(cè)試頻帶以外的更高頻率 的性能；
[0016] (3)采用三維電磁場(chǎng)仿真的方法，可以更精確模擬電極寄生效應(yīng)對(duì)噪聲參數(shù)的影 響，如接地通孔、電極間的耦合、金屬損耗等，而且避免了復(fù)雜的寄生參數(shù)提??；
[0017] (4)建立的噪聲模型可用于FET尺寸擴(kuò)展，在建立的單個(gè)尺寸器件噪聲模型的基礎(chǔ) 上，可以預(yù)測(cè)各種尺寸和不同版圖布局的FET的小信號(hào)和噪聲性能。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例毫米波FET的噪聲模型建立方法的流程示意圖。
[0019] 圖2是獲取第二單元的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)的流程示意圖。
[0020] 圖3是GaAs pHEMT器件的本征參數(shù)的等效電路拓?fù)涫疽鈭D。
[0021 ]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的第二單元的符號(hào)示意圖。
[0022]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)的符號(hào)示意圖。
[0023]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的毫米波FET的噪聲模型的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]參見圖1，是本發(fā)明實(shí)施例毫米波FET的噪聲模型建立方法的流程示意圖。本發(fā)明 實(shí)施例的噪聲模型建立方法包括以下步驟：
[0026] SI:將毫米波FET劃分為無(wú)源結(jié)構(gòu)區(qū)和有源結(jié)構(gòu)區(qū)，其中無(wú)源結(jié)構(gòu)區(qū)包括輸入電極 和輸出電極，有源結(jié)構(gòu)區(qū)為輸入電極和輸出電極之間的器件區(qū)域。
[0027] 其中，輸入電極和輸出電極包括輸入輸出金絲、測(cè)試焊盤、源極接地通孔以及柵指 間連接傳輸線，器件區(qū)域是器件工作的本征區(qū)域，包括柵源漏電極。在本實(shí)施例中，毫米波 FET的類型可以為GaAs pHEMT、GaN HEMT以及InP HEMT。
[0028] S2:將毫米波FET的有源結(jié)構(gòu)區(qū)沿柵極的寬度方向等分為N個(gè)第一單元，并將第一 單元等分為與毫米波FET的柵指數(shù)目相等的份數(shù)，得到多個(gè)第二單元，其中，第一單元的柵 寬小于或等于毫米波FET的工作波長(zhǎng)的1/20。
[0029] 其中，為模擬毫米波信號(hào)在毫米波FET電極中傳輸時(shí)的行波效應(yīng)的影響，需要將毫 米波FET的有源結(jié)構(gòu)區(qū)沿柵極的寬度方向等分為N個(gè)第一單元，分別對(duì)第一單元建立噪聲模 型。理論上講，單元個(gè)數(shù)N的值越大，建立的噪聲模型越能模擬行波效應(yīng)的影響，但噪聲模型 的復(fù)雜度也越高;一般情況，當(dāng)?shù)谝粏卧臇艑扺 s=W/N遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)18時(shí)，可以認(rèn)為行波 效應(yīng)在每個(gè)第一單元中可以忽略，噪聲模型的精度可以滿足應(yīng)用要求，如果繼續(xù)增大N的 值，對(duì)噪聲模型的精度的提升也不再明顯。其中W表示毫米波FET的柵極寬度。
[0030] 以柵長(zhǎng)為Ο.?μL?、柵寬為2Χ75μπι的GaAs pHEMT場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例，其工作頻率一 般可以至100GHz，對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)人8約為800μπι，已經(jīng)達(dá)到了與晶體管單指柵寬相比擬的長(zhǎng) 度，因此，行波效應(yīng)的影響不可忽略。在該實(shí)例中，選取Ν=3,可以滿足第一單元的柵寬小于 或等于毫米波FET的工作波長(zhǎng)的1/20,使得第一單元的柵寬Ws遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)A g。
[0031] S3:在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型，并利用低頻噪聲模型得到第二單元 的包含本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
[0032] 其中，由于小信號(hào)等效電路模型是建立噪聲模型的基礎(chǔ)，而毫米波FET的本征參數(shù) 可認(rèn)為不隨頻率變化，因此在低頻段建立毫米波FET的小信號(hào)等效電路模型提取模型本征 參數(shù)，然后根據(jù)噪聲相關(guān)矩陣并聯(lián)理論，可以得到第一單元的本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式，進(jìn) 而得到第二單元的包含本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
[0033] 具體而言，如圖2所示，步驟S3包括以下步驟：
[0034] S31:根據(jù)毫米波FET的類型選取等效電路拓?fù)洹?br>[0035]其中，晶體管不僅類型有多種，而且材料又包括GaAs、GaN、InP等，因此，不同類型 的晶體管對(duì)應(yīng)的等效電路拓?fù)浜蛥?shù)表達(dá)式均不同。以GaAs pHEMT器件為例，選取含18個(gè) 參數(shù)的小信號(hào)等效電路拓?fù)?，其中?個(gè)本征參數(shù)和9個(gè)寄生參數(shù)。9個(gè)寄生參數(shù)為FET常規(guī) 的寄生參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，包括柵極、漏極和源極的寄生電感、電容和電阻。包含柵漏噪聲電流源的 本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)的等效電路拓?fù)淙鐖D3所示，其中C rf用來模擬FET的RF和DC的色散效應(yīng)。
[0036] 在本實(shí)施例中，在步驟S31之前，步驟S3還包括:對(duì)毫米波FET的測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行去嵌 入處理。由于在片測(cè)試時(shí)，通常僅能將測(cè)試參考面移動(dòng)到射頻探針端面進(jìn)行校準(zhǔn)，因此測(cè)得 的數(shù)據(jù)包含了測(cè)試結(jié)構(gòu)的影響，所以為了得到晶體管的實(shí)際性能參數(shù)，需要對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)做 去嵌入處理。去嵌入處理的方式具體可以為利用開路結(jié)構(gòu)消除并聯(lián)電容的影響，利用短路 結(jié)構(gòu)消除串聯(lián)電感和電阻的影響。
[0037] S32:對(duì)毫米波FET進(jìn)行冷場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)冷場(chǎng)測(cè)試結(jié)果在低頻段從所述等效電路拓 撲中提取毫米波FET的外部寄生參數(shù)。
[0038] 其中，對(duì)毫米波FET進(jìn)行冷場(chǎng)測(cè)試（即cold-FET測(cè)試)后可以得到外部寄生參數(shù)。以 GaAs pHEMT器件為例，可以在0.1~20GHz頻率范圍內(nèi)提取外部寄生參數(shù)。
[0039] S33:對(duì)毫米波FET進(jìn)行熱場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)熱場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和外部寄生參數(shù)在低頻段從 等效電路拓?fù)渲刑崛『撩撞‵ET的本征參數(shù)。
[0040] 其中，對(duì)毫米波FET進(jìn)行熱場(chǎng)測(cè)試（即hot-FET測(cè)試)后，結(jié)合熱場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和步驟 S32中得到的外部寄生參數(shù)，采用矩陣變換理論將寄生參數(shù)網(wǎng)絡(luò)剝離后，可以得到其本征導(dǎo) 納參數(shù)矩陣[Y1]，本征導(dǎo)納參數(shù)矩陣[1]與毫米波FET的小信號(hào)等效電路模型中的本征參數(shù) 的關(guān)系式加下·
[0041] (1)
[0042] (2)
[0043] (3)
[0044] (4)
[0045] 根據(jù)本征導(dǎo)納參數(shù)矩陣以及式（1)~(4)，可以在低頻段從等效電路拓?fù)渲刑崛『?米波FET的本征參數(shù)。毫米波FET的本征參數(shù)在模型工作頻率范圍內(nèi)可以認(rèn)為是不隨頻率變 化的。以GaAs pHEMT器件為例，可以在0.1~20GHz頻率范圍內(nèi)提取毫米波FET的本征參數(shù)。
[0046] S34:對(duì)毫米波FET進(jìn)行源負(fù)載牽引噪聲和S參數(shù)綜合測(cè)試，根據(jù)綜合測(cè)試結(jié)果、外 部寄生參數(shù)和本征參數(shù)在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型，并根據(jù)低頻噪聲模型得 到毫米波FET的噪聲源表達(dá)式。
[0047]其中，對(duì)毫米波FET進(jìn)行源負(fù)載牽引噪聲和S參數(shù)綜合測(cè)試后，根據(jù)米波FET器件的 噪聲理論可以得到毫米波FET的四個(gè)噪聲參數(shù)(最小噪聲系數(shù)NFmin，等效噪聲電阻Rn，最佳 噪聲源電導(dǎo)Gopt和最佳噪聲源電納Bopt)，在結(jié)合步驟23和步驟24中得到的外部寄生參數(shù) 和本征參數(shù)，利用噪聲相關(guān)矩陣變換理論可以建立得到毫米波FET的低頻噪聲模型，根據(jù)低 頻噪聲模型就可以得到毫米波FET的噪聲源表達(dá)式。
[0048] 毫米波FET的噪聲模型包括FUKUI噪聲模型、PUCEL噪聲模型、POSPIESZALSKI噪聲 模型等。本實(shí)施例采用的FET噪聲模型優(yōu)選為PUCEL模型。PUCEL模型有三個(gè)模型參數(shù)，分別 為P、R、C;P為漏極溝道噪聲因子，R為柵極感應(yīng)噪聲因子，C為相關(guān)噪聲因子。毫米波FET的柵 極噪聲電流源<α>和漏極噪聲電流源<ι|>及它們的相關(guān)性<^^>與？、1?、(：及本征參數(shù)的 關(guān)系式如下：
[0_ (5)
[0050] (6)
[0051 ] (7)
[0052] 根據(jù)HJCEL模型以及式(5)~(7)，得到毫米波FET的噪聲源表達(dá)式。
[0053] S35:基于毫米波FET的本征參數(shù)、噪聲源表達(dá)式和噪聲相關(guān)矩陣并聯(lián)理論，計(jì)算得 到第一單元的本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式。
[0054]其中，在不考慮外部寄生參數(shù)的情況下，將毫米波FET的本征部分視為N個(gè)第一單 元的并聯(lián)，根據(jù)噪聲相關(guān)矩陣并聯(lián)理論，可以得到每個(gè)第一單元的本征參數(shù)和噪聲源表達(dá) 式。
[0055] S36:根據(jù)第一單元和第二單元的等分關(guān)系，得到第二單元的包含本征參數(shù)和噪聲 源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
[0056]其中，由于本實(shí)施例的步驟S5建立毫米波FET的噪聲模型時(shí)需要每根柵指對(duì)應(yīng)的 有源單元的本征參數(shù)和噪聲源，也就是第二單元的本征參數(shù)和噪聲源，因此第二單元的個(gè) 數(shù)為Κ*Ν個(gè)，其中K表示毫米波FET的柵指數(shù)目，本實(shí)施例中取K = 2;因此，最終Κ*Ν個(gè)第二單 元的本征參數(shù)與毫米波FET的各個(gè)本征參數(shù)的關(guān)系如表1所示。第二單元包含柵極和漏極噪 聲電流源的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)的等效電路拓?fù)渫瑯尤鐖D3所示，只是需要將其中的參數(shù)和噪聲 源表達(dá)式按照表1中的關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。第二單元的本征網(wǎng)絡(luò)的符號(hào)如圖4所示。
[0057]表1第二單元的本征參數(shù)與毫米波FET的各個(gè)本征參數(shù)的關(guān)系
[0059] S4:計(jì)算暈米波信號(hào)在暈米波FET的輸入電極和輸出電極中的傳輸特性，得到輸入 電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)。
[0060]在本實(shí)施例中，步驟S4具體為:對(duì)所述毫米波FET的輸入電極、輸出電極和第一單 元進(jìn)行三維電磁場(chǎng)模擬計(jì)算，得到輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)。
[0061 ]通過采用三維電磁仿真軟件（如HFSS、CST等），可以分別模擬毫米波FET的輸入和 輸出電極以及有源區(qū)的柵、源、漏電極上的毫米波信號(hào)傳輸特性。這種采用三維電磁場(chǎng)模擬 計(jì)算的方法相比于傳統(tǒng)等效電路模型中的外部寄生參數(shù)表示方法，可以更精確模擬電極寄 生效應(yīng)的影響，如接地通孔、電極間的耦合、金屬損耗等，而且避免了復(fù)雜的寄生參數(shù)提取 流程。
[0062] 以GaAs pHEMT器件為例，其輸入和輸出電極包括輸入輸出金絲、測(cè)試焊盤、源極接 地通孔、柵指間連接傳輸線等。通過三維電磁場(chǎng)模擬計(jì)算，可以分別得到輸入和輸出電極的 兩個(gè)(K+1)端口 S參數(shù)。圖5(a)和(b)分別為本發(fā)明實(shí)例的FET輸入和輸出電極的(K+1)端口 S 參數(shù)符號(hào)示意圖。而有源區(qū)的柵、源、漏電極僅取整個(gè)柵寬的1/N長(zhǎng)度，SPWs，進(jìn)行三維電磁 場(chǎng)模擬計(jì)算，得到一個(gè)2*K端口 S參數(shù)，其符號(hào)示意圖如圖5(c)所示。
[0063] S5:將第二單元的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)、輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)按照端口對(duì)應(yīng) 關(guān)系進(jìn)行連接，得到毫米波FET的噪聲模型。
[0064]其中，將步驟S3得到的Κ*Ν個(gè)第二單元的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)和步驟S4得到的輸入電極S 參數(shù)和輸出電極S參數(shù)，按照端口對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行連接，最終得到毫米波FET的完整噪聲模型， 其連接方式如圖6所示。該模型考慮了毫米波信號(hào)在FET電極中傳輸時(shí)的行波效應(yīng)的影響， 同時(shí)采用三維電磁場(chǎng)計(jì)算的方法更精確的模擬了電極間的寄生效應(yīng)，可以用來模擬FET在 毫米波甚至更高頻段的器件小信號(hào)和噪聲特性。
[0065] S6:對(duì)毫米波FET進(jìn)行小信號(hào)和噪聲在片測(cè)試得到在片測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)毫米波FET的 噪聲模型進(jìn)行電路仿真模擬得到仿真數(shù)據(jù)，將在片測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判斷噪聲 模型的準(zhǔn)確度。
[0066] 其中，進(jìn)行小信號(hào)和噪聲在片測(cè)試，可以得到S參數(shù)和噪聲參數(shù)，將S參數(shù)和噪聲參 數(shù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以判斷噪聲模型的準(zhǔn)確度。如果在基于某一尺寸(如本實(shí)例中的 2Χ75μπι柵寬）的毫米波FET建立噪聲模型后，可進(jìn)行各種FET尺寸和不同版圖布局的模型擴(kuò) 展，具體是:保持第二單元的本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式不變，電極傳輸特性采用三維電磁場(chǎng) 模擬的方法計(jì)算新尺寸的毫米波FET電極中的傳輸特性，最后根據(jù)步驟S5中的連接方法組 成新尺寸的毫米波FET的噪聲模型，可用于新器件性能預(yù)測(cè)以及版圖優(yōu)化布局。
[0067] 由于本發(fā)明提供的建模方法精度高，而且能夠模擬行波效應(yīng)的影響，因此，該方法 建立的噪聲模型可以用于預(yù)測(cè)毫米波FET在測(cè)試數(shù)據(jù)以外的器件性能。特別是對(duì)于亞毫米 波和太赫茲頻段，器件噪聲參數(shù)的測(cè)試十分困難，利用該噪聲模型，可以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)器件高 頻段的噪聲性能。
[0068] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技 術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，包括： S1:將毫米波場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET劃分為無(wú)源結(jié)構(gòu)區(qū)和有源結(jié)構(gòu)區(qū)，其中所述無(wú)源結(jié)構(gòu)區(qū) 包括輸入電極和輸出電極，所述有源結(jié)構(gòu)區(qū)為輸入電極和輸出電極之間的器件區(qū)域； S2:將毫米波FET的有源結(jié)構(gòu)區(qū)沿柵極的寬度方向等分為N個(gè)第一單元，并將所述第一 單元等分為與所述毫米波FET的柵指數(shù)目相等的份數(shù)，得到多個(gè)第二單元，其中，所述第一 單元的柵寬小于或等于毫米波FET的工作波長(zhǎng)的1/20; S3:在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型，并利用所述低頻噪聲模型得到第二單元 的包含本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)； S4:計(jì)算暈米波信號(hào)在暈米波FET的輸入電極和輸出電極中的傳輸特性，得到輸入電極 S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)； S5:將所述第二單元的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)、所述輸入電極S參數(shù)和所述輸出電極S參數(shù)按照 端口對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行連接，得到毫米波FET的噪聲模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，所述步驟S3具 體包括： S31:根據(jù)毫米波FET的類型選取等效電路拓?fù)洌? S32:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行冷場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)冷場(chǎng)測(cè)試結(jié)果在低頻段從所述等效電路拓 撲中提取毫米波FET的外部寄生參數(shù)； S33:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行熱場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)熱場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和所述外部寄生參數(shù)在低頻 段從所述等效電路拓?fù)渲刑崛『撩撞‵ET的本征參數(shù)； S34:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行源負(fù)載牽引噪聲和S參數(shù)綜合測(cè)試，根據(jù)綜合測(cè)試結(jié)果、所 述外部寄生參數(shù)和所述本征參數(shù)在低頻段建立毫米波FET的低頻噪聲模型，并根據(jù)所述低 頻噪聲模型得到毫米波FET的噪聲源表達(dá)式； S35:基于所述毫米波FET的本征參數(shù)、噪聲源表達(dá)式和噪聲相關(guān)矩陣并聯(lián)理論，計(jì)算得 到所述第一單元的本征參數(shù)和噪聲源表達(dá)式； S36:根據(jù)所述第一單元和所述第二單元的等分關(guān)系，得到第二單元的包含本征參數(shù)和 噪聲源表達(dá)式的本征參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，在所述步驟S31 之前，所述步驟S3還包括:對(duì)毫米波FET的測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行去嵌入處理。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，所述去嵌入處 理的方式為利用開路結(jié)構(gòu)消除并聯(lián)電容的影響，利用短路結(jié)構(gòu)消除串聯(lián)電感和電阻的影 響。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，所述步驟S4具 體為:對(duì)所述毫米波FET的輸入電極、輸出電極和第一單元進(jìn)行三維電磁場(chǎng)模擬計(jì)算，得到 輸入電極S參數(shù)和輸出電極S參數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，所述噪聲模型 建立方法還包括： S6:對(duì)所述毫米波FET進(jìn)行小信號(hào)和噪聲在片測(cè)試得到在片測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)所述毫米波 FET的噪聲模型進(jìn)行電路仿真模擬得到仿真數(shù)據(jù)，將所述在片測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)進(jìn)行對(duì)比， 判斷所述噪聲模型的準(zhǔn)確度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波FET的噪聲模型建立方法，其特征在于，所述毫米波FET 的類型為GaAs pHEMT、GaN HEMT以及InP HEMT。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106055765SQ201610357136
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】陳勇波
【申請(qǐng)人】成都海威華芯科技有限公司