[发明专利]双极型晶体管参数提取方法及其等效电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，更进一步涉及半导体器件技术领域中的双极型晶体管的参数提取方法及其等效电路。该方法可用于提取双极型晶体管的参数，由该方法建立的双极性晶体管等效电路可以用来搭建电路，对实际电路进行仿真。

背景技术

目前，在半导体器件领域中，常用的双极型晶体管参数提取方法有两种：一种是通过双极型晶体管的尺寸、结构进行参数提取，另一种是通过双极型晶体管的直流和交流测试进行参数提取。常用的双极型晶体管等效电路为GP等效电路和VBIC等效电路。

上海华虹NEC电子有限公司在其专利申请文件“双极型晶体管SPICE模型的建模方法”(公开号CN 101201850A，申请号200610119395.2，申请日2006.12.11)中公开了一种双极型晶体管参数提取方法及其等效电路。该方法是以一种尺寸的双极型晶体管参数作为初始参数，以这组参数为基础，确定其他尺寸的双极型晶体管参数。该方法存在的不足是仅能提取双极型晶体管的直流参数和低频参数，基于该方法建立的双极型晶体管等效电路也仅能反映双极型晶体管的直流和低频特性。

Jianjun Gao，Jiali Cheng等人在文献“An improved Nonlinear Model for InP/InGaAs HBTs”(CJMW，2011China-Japan Joint，pagel，April 2011)公开了一种双极型晶体管参数提取方法及其等效电路。该方法是通过双极型晶体管的直流和交流测试进行参数提取。该方法存在的不足是仅能拟合好双极型晶体管一个工作点的等效电路参数，基于该方法建立的双极型晶体管等效电路也仅能反映双极型晶体管一个工作点的器件特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双极型晶体管参数提取方法及其等效电路，可以使双极型晶体管等效电路更好反映实际器件的电学特性。

本发明的具体思路是：将双极型晶体管发射极接地，基极和集电极短路，在基极加电压，测基极和集电极电流，完成双极型晶体管正向葛潘曲线的测试。将双极型晶体管集电极接地，基极和发射极短路，在基极加电压，测基极和发射极电流，完成双极型晶体管反向葛潘曲线的测试。将双极型晶体管发射极接地，集电极开路，在基极加电流，测集电极电压，完成晶体管集电极开路测试。将双极型晶体管集电极接地，发射极开路，在基极加电流，测发射极电压，完成双极型晶体管发射极开路测试。将双极型晶体管等效为一个二端口网络，其发射极接地，基极作为输入端口，集电极作为输出端口，用网络分析仪测试输入和输出端口的入射波和反射波，完成晶体管的S参数测试。

本发明双极型晶体管参数提取方法的具体步骤如下：

(1)直流测试

用半导体分析仪对双极型晶体管进行直流测试，得到共射电流输出曲线和正反向葛潘曲线数据；

(2)集电极和发射极开路测试

用半导体分析仪对双极型晶体管进行集电极开路和发射极开路测试，得到集电极开路和发射极开路测试数据；

(3)开路短路测试

3a)用网络分析仪对双极型晶体管开路结构进行S参数测试，得到开路结构的S参数数据；

3b)用网络分析仪对双极型晶体管短路结构进行S参数测试，得到短路结构的S参数数据；

(4)S参数测试

4a)用网络分析仪对双极型晶体管进行一定电压范围内的结电容S参数测试，得到结电容的S参数测试数据；

4b)用网络分析仪对双极型晶体管进行一组工作点的S参数测试，得到一组工作点的S参数测试数据；

(5)提取电流参数

将步骤(1)中得到的正反向葛潘曲线数据导入ADS软件中，用ADS软件中的参数调节功能调节电流参数，拟合正反向葛潘曲线，得到双极型晶体管的电流参数；

(6)提取电阻参数

6a)将步骤(2)得到的集电极开路测试数据导入origin软件中，用origin软件的曲线拟合功能拟合基极电流和集电极电压关系曲线，得到发射极电阻参数；

6b)将步骤(2)得到的发射极开路测试数据导入origin软件中，用origin软件的曲线拟合功能拟合基极电流和发射极电压关系曲线，得到集电极电阻参数；

(7)提取焊盘寄生参数

7a)将步骤(3)的双极型晶体管开路和短路结构的S参数测试数据导入ADS软件中，用ADS软件中的参数转换功能将S参数转成Y参数，再将Y参数转成Z参数，画出双极型晶体管的开路和短路结构的拓扑图，得到Y参数和Z参数与拓扑结构的中的电阻、电感、电容关系数据；