本發(fā)明屬于gan?hemt，特別涉及gan?hemt器件等效電路模型的參數提取方法。
背景技術：
0、技術背景
1、氮化鎵高電子遷移率晶體管(gan?hemt)因其gan基材料的獨特性質具有高頻響應、高擊穿電壓和高可靠性等特點，是高功率應用的理想器件。gan放大器、振蕩器和混頻器等任何系統(tǒng)級設計都需要有精確的器件模型，該精確模型應能模擬包括擊穿特性、正向傳導和頻散效應在內的現(xiàn)象。小信號電路模型的精確提取有助于理解器件的電路行為。此外，它也對分析微波性能如何隨器件幾何形狀的變化而改變起到關鍵作用。因此，器件建模的有效性高度依賴于小信號模型的準確性。
2、器件建模的主要目標之一是能準確描述器件的射頻輸入輸出特性，確保在任意工作條件以及外部環(huán)境下器件的電學特性都能通過數學表達式來描述。緊湊模型(等效電路模型)通常是基于通過特定測量技術獲得的有限測量數據建立，以確保模型能覆蓋器件全部的工作狀態(tài)。
3、在已有的研究中，學者們對小信號模型的等效電路拓撲結構進行了詳細地研究，然而在提取模型內部本征參數時卻沒有精確完善的優(yōu)化方法。大多數學者選擇取全頻段內本征參數平均值作為模型參量，沒有考慮器件的實際應用場景(如高頻器件)，也沒有考慮本征參數對整個電路模型的影響程度。
4、然而在實際應用中，本征參數的合理取值極大程度影響了模型仿真的結果，限制了模型的精確度和穩(wěn)定性。
5、故，針對現(xiàn)有技術存在的技術缺陷，實有必要提出一種解決方案以解決現(xiàn)有技術存在的技術問題。
技術實現(xiàn)思路
1、基于上述目的，本發(fā)明提出了一種gan?hemt器件小信號等效電路模型的參數提取方法，能夠根據器件應用頻段來優(yōu)化本征參數提取值，該方法可以量化電路模型的誤差，使得小信號等效電路模型精度和穩(wěn)定性得到進一步的提高，從而提高gan?hemt射頻器件的研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，為相關產業(yè)的技術進步和產品性能提供有力支持。
2、為了解決現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：
3、一種gan?hemt器件等效電路模型的參數提取方法，至少包括以下步驟：
4、步驟s1：將gan?hemt器件建模為小信號等效電路模型；
5、步驟s2：基于步驟s1的模型，提取外部寄生參數；
6、步驟s3：提取內部本征參數；
7、步驟s1中，等效電路模型包括外部寄生參數和內部本征參數，其中，外部寄生參數不受施加的偏置電壓影響，包括金屬電極間寄生電容cpg、cpd和cpg，外部寄生電感l(wèi)g、ld和ls，以及外部寄生電阻rg、rd和rs；內部本征參數受器件工作時的溝道結構和偏置條件影響，包括溝道電阻rgs、柵漏電阻rgd、漏源輸出電導gds；各端口之間電容cgs、cgd、cds；跨導gm、時延參數τ；
8、所述步驟s3還包括如下步驟：
9、在提取完外部寄生參數后，通過在偏壓工作點下測量器件的s參數，并利用矩陣網絡變換公式去嵌掉外部寄生參數，獲得器件的本征y參數；提取本征參數的表達式如下所示：
10、
11、gds＝re(y22+y12)
12、gm＝mag(y21-y12)
13、
14、獲取器件跨導最大點作為器件選定的工作點，通過上式得到0～40ghz內該偏置下的各本征參數提取值曲線；
15、計算得到各個本征參數在全頻段的平均值；定義模型誤差為：
16、
17、其中ssim，ij是仿真s參數數據，smea，ij是測試s參數數據；
18、設模型誤差的上下限差值為γ，設某頻點下某一本征參數的提取值為a，令：
19、
20、其中，為該本征參數全頻段內的平均值，α為該頻點下的提取值與全頻段平均值的比值；
21、將某一本征參數提取值a代入電路模型進行仿真，其他本征參數取全頻段平均值，計算不同α與其對應的模型精度誤差上下限γ，取γ最低點的值作為該本征參數的提取值；以此提取所有內部本征參數。
22、作為進一步的改進方案，gan?hemt器件的柵長為100nm，總柵寬為75um，其中，單指柵寬為37.5um，柵指數為2。
23、作為進一步的改進方案，步驟s2中，提取外部寄生電容時，包括如下步驟：
24、在低頻條件下和溝道關斷狀態(tài)下，將gan?hemt器件的小信號等效電路簡化為僅包含電容的電路模型；
25、測試器件去嵌后的s參數，去嵌后器件y參數的虛部與角頻率呈如下式所述的線性關系：
26、im(y11)＝ω(cpg+cgs+cpgd+cgd)
27、im(y22)＝ω(cpd+cds+cpgd+cgd)
28、im(y12)＝im(y21)＝-ω(cpgd+cgd)
29、采用退火算法優(yōu)化寄生電容的提?。?/p>
30、首先，初始化電容cpg、cpd、cb為小值，并通過仿真計算與實測數據的誤差，逐步調整其值，最終得到最優(yōu)電容值；
31、接著，優(yōu)化cpgd，初始值設為0，通過仿真調整至最小誤差時，得到cpgd；最后，優(yōu)化cgs和cgd，通過退火算法得到cgs、cgd；最終得到優(yōu)化后的外部寄生電容值。
32、作為進一步的改進方案，步驟s2中，提取外部寄生電感時，包括如下步驟：
33、在冷場-截止條件下，高頻下的等效電路模型忽略了容抗，并考慮了溝道分布電阻rc的影響，通過對等效電路中的z參數進行推導，得到其虛部的表達式，并以ω2為橫坐標、虛部ω·im(z)為縱坐標作圖；由此，從曲線的斜率中提取出三個寄生電感的值，具體的提取公式見下：
34、
35、其中，rg、rs、rd為寄生電阻值，lg、ls、ld為寄生電感值，cg、cs、cd為寄生電容值；對上述三個等式左右同時乘角頻率ω可以得到z參數的虛部為：
36、
37、
38、以ω2為橫坐標、ωz的虛部為縱坐標做直線，其直線斜率即為三個寄生電感的提取值。
39、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明將gan?hemt器件建模為小信號等效電路模型，能夠根據器件應用頻段來優(yōu)化本征參數提取值，該方法可以量化電路模型的誤差，使得小信號等效電路模型精度和穩(wěn)定性得到進一步的提高，從而提高gan?hemt射頻器件的研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，為相關產業(yè)的技術進步和產品性能提供有力支持。
1.一種gan?hemt器件等效電路模型的參數提取方法，其特征在于，至少包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的gan?hemt器件等效電路模型的參數提取方法，其特征在于，gan?hemt器件的柵長為100nm，總柵寬為75um，其中，單指柵寬為37.5um，柵指數為2。
3.根據權利要求2所述的gan?hemt器件等效電路模型的參數提取方法，其特征在于，步驟s2中，提取外部寄生電容時，包括如下步驟：
4.根據權利要求2所述的gan?hemt器件等效電路模型的參數提取方法，其特征在于，步驟s2中，提取外部寄生電感時，包括如下步驟：