[发明专利]一种超宽带氮化镓器件小信号模型及其参数提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波器件技术领域，特别是涉及一种超宽带氮化镓器件小信号模型及其参数提取方法。

背景技术

氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)由于其高频、高功率等特性，在微波电路中的应用日益广泛。由于GaN HEMT需工作于高温、高功率条件下，因此大信号等效电路模型是使用GaN HEMT进行微波电路设计的基础。在自下而上(bottomup)的建模方法中，准确的小信号模型是建立大信号模型的前提，因此小信号模型是器件建模过程中的重要环节。由于GaN HEMT器件工作机理不同，因此第一代半导体(硅)和第二代半导体(砷化镓、磷化铟等)器件的小信号模型并不能直接应用于GaN HEMT器件。

参见图1所示，Jarndal等人提出一种小信号等效电路模型，该模型较准确的描述了0.2GHZ-60GHz GaN HEMT小信号特性。该小信号模型包括22个元素，其中有12个寄生参数：C_pgi、C_pdi、C_gdi、C_pga、C_pda、C_gda、L_g、L_d、L_s、R_g、R_d、R_s，10个本征参数：C_gd、C_gs、C_ds、R_gs、R_gd、R_ds、G_m、G_gsf、G_gdf。其中C_pga、C_pda、C_gda描述了由金属PAD引起的寄生电容，C_pgi、C_pdi、C_gdi、L_g、L_d、L_s描述了由栅、漏、源金属电极引起的寄生电容和寄生电感，Rd、Rs描述了金属电极和半导体之间的欧姆接触和沟道电阻，R_g描述了金属肖特基势垒寄生电阻，可以看出该小信号等效电路模型充分考虑了HEMT器件物理结构特性，同时兼顾了器件电学特性，该小信号等效电路模型在描述低频频段能较好的拟合实测数据，该小信号等效电路模型的缺点就是，采用的分布网络太简单，无法应用于更高频段。

Nguyen等人使用的模型如图2，该小信号模型是由18个元素组成，其中有12个寄生参数：C_pgi、C_pdi、C_pgdi、C_pga、C_pda、C_pgda、L_g、L_d、L_s、R_g、R_d、R_s，6个本征参数：C_gd、C_gs、C_ds、R_i、g_m、g_s。其中C_pga、C_pda、C_gda描述了由金属PAD引起的寄生电容，C_pgi、C_pdi、C_gdi、L_g、L_d、L_s描述了由栅、漏、源金属电极引起的寄生电容和寄生电感，R_d、R_s描述了金属电极和半导体之间的欧姆接触和沟道电阻，R_g描述了金属肖特基势垒电阻，该等效电路模型设计者将其应用到W波段，提出了一种较为合理参数提取方法，即完全去除过度结构共面波导(CPW)的影响，仅在HEMT零偏和夹断情况下提取寄生参数，不需要任何优化算法即可得到所有寄生参数，但是在描述小信号特性时没有很好的解决器件的分布效应，进而在描述W频段HEMT小信号S参数时得到的误差较大。

综上所述，Jarndal等人提出的小信号等效电路模型，由于寄生参数网络过于简单不适合用于W频段，Nguyen等人提出的等效电路模型应用到，侧重在剥离测试时共面波导影响，对器件的高频效应仍采用较为简单的寄生参数网络因此精度差，即现有技术中的氮化镓高电子迁移率晶体管小信号电路模型存在不适用于W波段的技术缺陷。

发明内容