[发明专利]GaAs基混频肖特基二极管毫米波及太赫兹频段建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及二极管建模技术领域。

背景技术

太赫兹（THz）波是指频率在 0.3-3THz范围内的电磁波，其中 1THz=1000GHz。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，太赫兹技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。

目前国内外开展了很多利用GaAs基混频肖特基二极管开展混频相干检测的研究工作，混频模块设计的关键在于肖特基二极管在太赫兹频段的模型，模型是工艺和电路设计的桥梁，模型的正确与否关系到设计的成败，如何建立GaAs基混频肖特基二极管在太赫兹频段的精准模型，成为了一个很重要的课题。

自二十世纪九十年代以来，国内外对二极管精确建模从各个方面开展了大量的工作，并采用了不同的方法对其进行研究，但在太赫兹频段的研究还处于起步阶段。国际上提出的分析方法主要有以下 3 种：

（1）基于测量的行为特性或线性理论的等效电路模型法，特点是基于仪器测量的方式，通过提取的非线性参数来建立器件等效模型，从而完成系统电路的优化设计。基于测量的行为特性的等效电路模型法为非线性器件分析和设计提供了一种快速且有效的方法；根据线性理论得到的等效电路模型，可以通过简单的结构，快速得到器件各参数之间的变化规律。但是这些分析模型的求解依赖于不确定的参数，尤其在太赫兹频段，由于测量仪器和测量方法的限制，很难精确提取器件的非线性参数。这也就使得采用等效电路建模的方式来实现太赫兹频段器件的精确设计不切实际；若采用线性理论的等效电路模型法无法精确地反应器件的行为特性。

（2）闭合经验公式法，其特点是闭合经验公式法是在半导体器件物理学、固体物理学、量子物理学的基础上采用经典公式方法根据器件的物理结构对器件工作时的物理过程进行推导，从而将获得的经验参数转化成非线性模型用于系统电路的优化设计。但是基于传统的半导体器件物理基础推导经验闭合表达式的方程式在8 毫米波频段很常见，这些分析模型在1-50GHz 频段还算准确，但在更高频率它就不能准确的描述整个器件工作过程中的复杂物理现象。尤其是太赫兹频段量子效应贯穿其中，经验公式很不准确。

（3）二极管三维电磁模型分析法：其特点是二极管电磁三维模型建模是最新提出的毫米波、太赫兹非线性器件先进设计方法的重要组成部分。1998 年，维吉尼亚大学J. L. Hesler 在其博士论文中首次提出了基于微探针的二极管三维建模方法，并在此基础上设计了585GHz 混频器，双边带变频损耗达到7.3dB，噪声温度达2380K。2004 年，B. Thomas 在其博士论文中，开展了反向并联二极管三维建模研究，在模型中考虑了寄生参量的影响，并设计了330GHz 分谐波混频器，其最小DSB （载波的幅度调制）转换损耗达到5.7dB。目前J. L. Hesler 所在的VDI实验室 和B. Thomas 所在的JPL实验室，均在毫米波/THz 非线性器件研制上处于世界领先地位。虽然二极管电磁三维模型分析方法是目前分析太赫兹频段器件比较准确的一种方法，但是仍不完善。J.L. Hesler 的论文提出的基于微探针的二极管建模方法，解决了二极管非线性结在模型中引入的问题，但模型中寄生参量默认为一定值；B. Thomas 在J.L.Hesler 模型的基础上进行了改进，模型中考虑了寄生参量随频率变化的问题，但是仍然忽略了二极管装配误差、二极管导电胶厚度、腔体加工误差等因素对二极管模型以及整个电路模型的影响。国内加工工艺相对于国外先进水平仍有不少差距，工艺因素的影响不可忽略，需要在模型中加以考虑。但是上述方法均没有在设计之初就对模型进行二次修正，在实际过程中，往往需要几轮实验，才能得到较好的结果。另外，由于毫米波及太赫兹频段很宽，需要分频段建立相关模型，但是分频段建立的模型未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种GaAs基混频肖特基二极管毫米波及太赫兹频段建模方法，基于测量的经验公式，并且修正其中的部分参数，结合二极管三维电磁模型法，建立了GaAs基混频肖特基二极管在毫米波及太赫兹频段的模型，模型精准，能够分频段建模，加快开发速度，降低了开发成本。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种GaAs基混频肖特基二极管毫米波及太赫兹频段建模方法，包括以下步骤：

第一步，根据GaAs基混频肖特基二极管的设计版图中的阳极尺寸，并测试实际流片过程中的阳极尺寸，以扫描电镜测试的阳极尺寸为准，结合经验公式计算GaAs基混频肖特基二极管的结电容；