双极型晶体管参数提取方法及其等效电路技术

本发明专利技术公开了一种双极型晶体管参数提取方法及其等效电路。该方法先对双极型晶体管进行直流测试和S参数测试，然后应用ADS软件和origin软件进行曲线拟合，得到双极型晶体管的参数。基于双极型晶体管参数提取方法所建立的等效电路包括三个电感、五个电容、六个电阻和本征模块BJT，本征模块BJT包括两个电阻、三个电荷控件、三个电流控件。本发明专利技术的方法可用于建立适用于不同情况电路的双极型晶体管等效电路，同时还可用于建立适用于高频电路的双极型晶体管等效电路。基于本发明专利技术方法建立的双极型晶体管等效电路能反映双极型晶体管一组工作点的器件特性，可用于不同情况的电路仿真；本发明专利技术的等效电路能反映双极型晶体管的高频特性，可用于高频电路仿真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，更进一步涉及半导体器件
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。
技术介绍
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, 201 IChina-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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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；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( 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( 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；7b)将步骤7a)中获得的关系数据导入origin软件中，用origin软件的绘图功能将数据转为曲线，再用origin软件中的曲线拟合功能拟合该曲线，得到步骤7a)中拓扑结构的电阻、电感和电容参数；(8)去嵌入处理8a)将步骤(3)中获得的双极型晶体管开路和短路结构S参数测试数据和步骤 4a)中获得的结电容S参数测试数据分别导入ADS软件中，用ADS软件的S参数处理功能对三组S参数进行处理，得到去嵌入后一定范围内的结电容S参数数据；8b)将步骤(3)中获得的双极型晶体管开路和短路结构S参数测试数据和步骤 4b)中获得的一组工作点的S参数测试数据分别导入ADS软件中，用ADS软件的S参数处理功能对三组S参数进行处理，得到去嵌入后的一组工作点的S参数数据；(9)提取电容参数将步骤8a)中去嵌入后的结电容S参数数据的低频部分导入ADS软件中，用ADS 软件中的参数转换功能将S参数数据转为结电容参数数据，用ADS软件中的参数调节功能调节结电容参数，拟合结电容电压关系曲线，得到发射结和集电结的结电容参数；(10)拟合传输时间函数将步骤8b)中去嵌入后一组工作点的S参数数据导入ADS软件中，用ADS软件中的参数转换功能将S参数数据转为传输时间函数数据，用ADS软件中的参数调节功能调节传输时间函数参数，拟合传输时间函数；(11)优化参数将步骤(1)中的双极型晶体管共射电流输出曲线数据和步骤8b)中双极型晶体管去嵌入后一组工作点的S参数数据导入ADS软件中，用ADS软件的曲线拟合功能进行曲线拟合，优化等效电路参数。依据本专利技术的方法所建立的晶体管等效电路包括三个电感、五个电容、六个电阻和本征模块BJT ；其中，本征模块BJT的B端、电阻R4、电阻Rl和电感Ll依次串联，本征模块BJT的 E端、电阻R5、电阻R2和电感L2依次串联，本征模块BJT的C端、电阻R6、电阻R3和电感 L3依次串联，电容C4连接节点4和节点6，电容C5连接节点4和节点5，电容Cl连接节点 1和节点2，电容C2连接节点2和节点3，电容C3连接节点1和节点3。本专利技术方法与现有技术相比具有以下优点第一，本专利技术采用对双极型晶体管进行一组工作点的S参数测试方法，克服了现有技术中仅能提取双极型晶体管一个工作点参数的问题，使得在提取双极型晶体管参数时可同时提取一组工作点参数，可用于建立适用于不同情况电路的双极型晶体管等效电路。第二，本专利技术采用对传输时间函数进行拟合的方法，克服了现有技术中仅能提取双极型晶体管直流参数和低频参数的问题，使得在提取双极型晶体管参数时可以提取高频参数，可用于建立适用于高频电路的双极型晶体管等效电路。第三，基于本专利技术方法建立的双极型晶体管等效电路，克服了现有技术中双极型晶体管等效电路仅能反映双极型晶体管一个工作点的器件特性的不足，使得双极型晶体管等效电路能反映双极型晶体管一组工作点的器件特性，可用于不同情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双极型晶体管参数提取方法，其具体步骤如下：（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；７ｂ）将步骤７ａ）中获得的关系数据导入ｏｒｉｇｉｎ软件中，用ｏｒｉｇｉｎ软件的绘图功能将数据转为曲线，再用ｏｒｉｇｉｎ软件中的曲线拟合功能拟合该曲线，得到步骤７ａ）中拓扑结构的电阻、电感和电容参数；（８）去嵌入处理８ａ）将步骤（３）中获得的双极型晶体管开路和短路结构Ｓ参数测试数据和步骤４ａ）中获得的结电容Ｓ参数测试数据分别导入ＡＤＳ软件中，用ＡＤＳ软件的Ｓ参数处理功能对三组Ｓ参数进行处理，得到去嵌入后一定范围内的结电容Ｓ参数数据；８ｂ）将步骤（３）中获得的双极型晶体管开路和短路结构Ｓ参数测试数据和步骤４ｂ）中获得的一组工作点的Ｓ参数测试数据分别导入ＡＤＳ软件中，用ＡＤＳ软件的Ｓ参数处理功能对三组Ｓ参数进行处理，得到去嵌入后的一组工作点的Ｓ参数数据；（９）提取电容参数将步骤８ａ）中去嵌入后的结电容Ｓ参数数据的低频部分导入ＡＤＳ软件中，用ＡＤＳ软件中的参数转换功能将Ｓ参数数据转为结电容参数数据，用ＡＤＳ软件中的参数调节功能调节结电容参数，拟合结电容电压关系曲线，得到发射结和集电结的结电容参数；（１０）拟合传输时间函数将步骤８ｂ）中去嵌入后一组工作点的Ｓ参数数据导入ＡＤＳ软件中，用ＡＤＳ软件中的参数转换功能将Ｓ参数数据转为传输时间函数数据，用ＡＤＳ软件中的参数调节功能调节传输时间函数参数，拟合传输时间函数；（１１）优化参数将步骤（１）中的双极型晶体管共射电流输出曲线数据和步骤８ｂ）中双极型晶体管去嵌入后一组工作点的Ｓ参数数据导入ＡＤＳ软件中，用ＡＤＳ软件的曲线拟合功能进行曲线拟合，优化等效电路参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红亮，杨实，张玉明，张义门，张金灿，许俊瑞，项萍，张晓鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87