半导体器件的等效电路模型是集成电路（IC）设计的基础,在功率放大器、滤波器、振荡器和混频器等电路结构的设计中,器件模型的选取和应用非常关键。基于铟磷（In P）材料的异质结双极晶体管（HBT）在高频应用中具有极大的优势和发展潜力,在成本适中的情况下实现高工作频率、高发射效率、低功耗,In P HBT在毫米波微波领域引起了越来越多的关注。模型的准确性往往依赖于模型参数提取的可靠性。本文主要针对参数的直接提取法进行研究。直接提取模型参数方法有着速度快且简单易懂的优势,这种相对传统的参数提取方法已成熟应用于模型建立,但往往需要进一步的优化措施,用于确保参数的准确性并估计模型的稳定性。因此本文利用灵敏度分析方法,对小信号模型的不确定进行估计,可用来辅助确定本征参数提取的最佳值。结合矢量网络分析仪的测量不确定度,得到小信号模型参数对测量数据的不确定曲线,从而获得最佳提取频率范围。本文基于In P HBT器件,分析了小信号等效模型参数的灵敏度,并对模型的微波特性做了蒙特卡洛分析。本文的主要内容:1)介绍了HBT器件小信号模型的基本结构和模型参数的直接提取方法,并对寄生参数进行去嵌;2)基于模型参数的直接提取方法,推导了In P HBT小信号本征等效电路中各个元件参数对模型端口S参数的灵敏度表达式;3)结合矢量网络分析仪的测量不确定性,分析得到了本征参数对测量S参数的不确定度;4)基于发射区面积5?5μm的In P HBT,比较了灵敏度分析优化后的模型S参数与测量S参数,在450MHz-40GHz的频率范围内均吻合地很好;5)运用灵敏度分析得到的不确定度,对HBT微波特性的特征频率和最大振荡频率进行了蒙特卡洛分析。
超低温微波低噪声放大器(LNAs)是一些高灵敏度接收器中的关键组成部分。目前应用在低温条件下的最先进的低噪声放大器采用的一般是磷化铟高电子迁移率晶体管(HEMTs)或锗化硅(Si Ge)异质结双极型晶体管(HBTs)。近几年,关于Si Ge HBT在低...
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超低温微波低噪声放大器(LNAs)是一些高灵敏度接收器中的关键组成部分。目前应用在低温条件下的最先进的低噪声放大器采用的一般是磷化铟高电子迁移率晶体管(HEMTs)或锗化硅(Si Ge)异质结双极型晶体管(HBTs)。近几年,关于Si Ge HBT在低温低压条件下工作时的噪声特性研究十分匮乏。但为了减少设计时间、提高设计效率以及成功率,建立Si Ge HBT在低温条件下的等效噪声模型具有重要的理论意义与使用价值。本文中通过分析Si Ge HBT在低温低压条件下的理论直流特性、交流特性以及小信号特性,并且与其他温度与偏置条件下的值做对比来证明Si Ge HBT在低温低压条件下工作的可行性。本文利用参数直接提取法对工作在不同温度与偏置条件下的Si Ge HBT建立小信号等效电路模型。并通过分析对其进行简化,从而建立了一个适用于Si Ge HBT工作在放大状态和饱和状态的简化的小信号等效电路模型。并通过对比两模型不同温度与不同偏置条件下的Y参数,来证明此简化的小信号等效电路模型的准确性。由于目前常用的散粒噪声模型要么没有描述散粒噪声与频率的关系,要么过于复杂而在低温低压条件下不适用。所以本文基于上述的简化小信号等效电路模型建立了一种高频噪声模型,并提取了散粒噪声参数。并基于几种常见的散粒噪声模型,利用数学拟合的方法建立了一种半经验的散粒噪声模型。最后,利用这种半经验的散粒噪声模型,建立了一种实用的四噪声参数模型。发现Si Ge HBT的各个噪声参数都与集电极-发射极电压都有一定的关系。但是只要保证Si Ge HBT工作在放大区或者是弱饱和区,Si Ge HBT的各个噪声参数都不会出现衰减。
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