[发明专利]石墨烯晶体管的小信号模型的截止频率的计算方法

权利要求书

1.一种石墨烯晶体管的小信号模型的截止频率的计算方法，该方法包括：

在衬底上形成多个以石墨烯材料作为有源区的MOSFET，其中在各个有源区上形成源漏金属接触；

测量各个MOSFET的截止频率；

针对于原始的小信号模型和石墨烯有源区与源漏金属接触之间存在接触电容的特殊性质，将传统的小信号模型加以修改得到新的小信号等效模型，其中增加接触电容得到新的小信号等效模型；

基于新的小信号等效模型，利用传统电路分析方法、基尔霍夫电流定律(KCL)以及基尔霍夫电压定律(KVL)分析方法，得到新的截止频率的数值解,其中，得到新的截止频率的数值解进一步包括，基于此数值解模型，对于低频的截止频率，数值模型进一步简化，得到适用于低频的解析计算模型；或者基于此数值解模型，对于高频的截止频率，数值模型进一步简化，得到适用于高频的解析计算模型；或者基于此数值解模型，对于高频及低频的截止频率，利用数学拟合方法，得到既适用于高频也适用于低频的解析模型；

将截止频率的数值解与截止频率的测量值做比较，反馈修改小信号等效模型。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其中，测量截止频率之后进一步包括破坏性实验测量石墨烯有源区与源漏金属接触之间的间隙距离，从而得到接触电容的测量值。

3.根据权利要求2所述的计算方法，其中，反馈修改小信号等效模型包括调节接触电容的理论计算值。

4.根据权利要求1所述的计算方法，其中，基于石墨烯和金属接触部分产生的接触电容特性，将传统的小信号模型等效电路做相应改进，将接触电容引入小信号模型，得到计算更加准确的截止频率的数值解和解析解的方法。

5.根据权利要求1所述的计算方法，得到新的截止频率的计算方法，其特征在于，所述得到新的截止频率的数值解，包括：

根据改进的小信号模型的电流电压关系式，基于新的小信号等效模型，利用传统电路分析方法，KCL以及KVL分析方法，得到新的截止频率的数值解计算公式：

其中，Zs和Zd分别代表源端和漏端的接触阻抗，R_cs和R_cd分别是接触部分的源端和漏端电阻，Cc是接触部分的接触电容受到接触部分，d_eq是石墨烯和金属的接触部分的等效分离的距离，ρs、ρd分别是源端和漏端接触部分的单位面积的接触电阻率、单位是Ω/m²，ω是系统的角频率，ε₀是真空介电常数；

根据截止频率的定义，即栅极电流和漏极电流相等条件下的频率，列方程如下：

其中，i_i代表栅极电流也即输入电流，i_d代漏极电流也即输出电流，g_ds代表源漏的电导，g_m代表跨导，C_gg和C_gd分别代表栅极电容和栅漏电容；

其中，f_T代表基于改进的小信号等效电路模型的截止频率，X为阻抗实部，Y为阻抗虚部，Rs、Rd分别是源端和漏端电阻。

6.根据权利要求5所述的计算方法，得到计算改进小信号模型的截止频率的数值解，其特征在于，所述对于低频的截止频率，数值模型可以进一步简化，得到我们想要的解析计算模型，包括：

将计算得到的基于新的小信号等效电路模型的新的截止频率数值解公式做解析化简，在f_T＜＜Min[f_s，f_d]条件下

其中，f_TL代表低频的截止频率；

所述对于高频的截止频率，数值模型可以进一步简化，得到我们想要的解析计算模型，包括：

将计算得到的基于新的小信号等效电路模型的新的截止频率数值解公式做解析化简，在f_T＞＞Max[f_s，f_d]条件下

其中，f_TH代表高频的截止频率。

7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述基于此数值解模型，对于高频及低频的截止频率，利用数学拟合方法，得到既适用于高频也适用于低频的解析模型，包括：

将计算得到的基于新的小信号等效电路模型的高频截止频率和低频截止频率解析解公式8做数学拟合，

其中，f_T代表的既适用于高频也适用于低频的截止频率。