基于电磁辅助仿真的InP HBT高频等效电路建模

作     者：蒋润秋 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王军;公岷

授予年度：2021年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：电磁仿真 InP HBT 等效电路模型 散射参数 

摘      要：磷化铟基异质结双极型晶体管（InP HBT）具备良好的高频特性和噪声性能,在毫米波太赫兹频段的电路设计中具有巨大潜力。器件模型是器件物理结构与电路设计之间的桥梁,精确的器件模型是表征电路设计性能的关键所在。随着半导体行业的不断发展,所需要的工作频率不断升高,寄生效应对高频高功率器件的影响也变得越来越大。传统InP HBT等效电路模型的寄生参数表征不够完全,不能适用于W波段以上的工作频率要求。本文重点研究基于电磁辅助仿真方法建立InP HBT高频等效电路模型以及改进Agilent HBT大信号模型色散效应的建模问题,主要研究内容如下:首先,针对传统InP HBT高频等效电路模型的寄生参数表征不完全且只能适用于W波段及以下的问题。本文采用电磁辅助仿真方法建立InP HBT电磁三维结构和寄生参数模型。基于InP HBT电磁三维结构所得到的散射参数用于提取寄生参数模型参数值,确保了器件本征参数的提取精度。所建寄生参数模型具有完整的寄生参数结构且有明确的物理意义。其次,基于所建的寄生参数模型,完成InP HBT小信号等效电路建模和大信号等效电路建模。在去嵌寄生参数后,采用直接提取法提取InP HBT小信号等效电路模型的本征参数。由于InP HBT大信号模型具有非线性特性,所以InP HBT大信号等效电路模型的本征参数采用经验公式法提取。针对现有Agilent HBT大信号模型不能描述器件色散效应的问题。本文加入射频电流源支路对色散效应进行改善。结果表明,改进后的Agilent HBT模型修正了器件射频跨导与直流跨导不一致的问题且工作频率能够达到W波段以上。最后,对所建InP HBT高频等效电路模型进行验证。将本文所建的InP HBT小信号和大信号高频等效电路模型分别嵌入到ADS2016软件中,得到仿真散射参数。实验结果显示,InP HBT小信号和大信号高频等效电路模型的仿真散射参数与文献实测散射参数具有一致性,验证了所建模型的有效性。同时,所建模型在0-325GHz频段内具有良好稳定性。