针对GFET器件中杂质和缺陷引起的本征通道不均匀而导致传统噪声模型拟合度较差的问题,提出了一种基于电荷的石墨烯场效应晶体管(Graphene Field Effect Transistors,GFET)等效噪声电路模型。首先考虑了GFET器件非互易性的影响,通过在小...针对GFET器件中杂质和缺陷引起的本征通道不均匀而导致传统噪声模型拟合度较差的问题,提出了一种基于电荷的石墨烯场效应晶体管(Graphene Field Effect Transistors,GFET)等效噪声电路模型。首先考虑了GFET器件非互易性的影响,通过在小信号等效电路中引入电荷受控源来模拟器件在相关偏置条件下本征通道电荷传输特性,并从S参数中提取小信号模型参数,建立基于电荷的小信号等效电路模型。然后对GFET的高频噪声特性分析,采用PRC模型方法进行表征,噪声去嵌技术获取噪声模型参数,进一步建立基于电荷的GFET等效噪声电路模型。最后,在1~50GHz的频率范围内评估其射频性能,得到S参数最大误差仅为2.2%,最小噪声系数平均误差为1.2%,并将截止频率、噪声参数等射频指标与实验数据比较,验证了所提出模型的有效性和实用性。展开更多
针对传统模型因缺少对电磁相互作用的表征而导致高频精度不足的问题,以具有优异高频特性的磷化铟高电子迁移率场效应晶体管(indium phosphide high electron mobility field-effect transistor,InP HEMT)为例,提出一种引入寄生耦合效应...针对传统模型因缺少对电磁相互作用的表征而导致高频精度不足的问题,以具有优异高频特性的磷化铟高电子迁移率场效应晶体管(indium phosphide high electron mobility field-effect transistor,InP HEMT)为例,提出一种引入寄生耦合效应的小信号等效电路模型与高频等效噪声电路模型.首先引入栅极–漏极之间的互感元件来模拟器件在高频下由于电磁相互作用产生的寄生耦合效应,并采用电磁仿真与直接参数提取相结合的建模方法,建立小信号等效电路模型.然后以所建小信号模型为基础,通过相关噪声矩阵与噪声参数的提取方法,建立高频等效噪声电路模型.实验结果表明,在500 MHz~50 GHz频段内,S参数最大误差小于3%,四噪声参数相较于传统模型提升约2.45%,并从小信号电流增益(|h21|)、单边功率增益(U)与最小噪声系数(Fmin)出发,评估了寄生耦合效应对高频性能的影响.展开更多
射频前端芯片的多功能一体化设计对晶体管模型的功能及其复用能力提出了更高的要求。然而,传统模型无法实现多功能复用,导致模型参数提取步骤多、建模效率低。对此,本文提出了一种基于准物理区划分(Quasi-physical zone division, QPZD...射频前端芯片的多功能一体化设计对晶体管模型的功能及其复用能力提出了更高的要求。然而,传统模型无法实现多功能复用,导致模型参数提取步骤多、建模效率低。对此,本文提出了一种基于准物理区划分(Quasi-physical zone division, QPZD)理论的多功能的器件物理基建模方法,模型具备非线性、噪声和开关特性的表征能力。首先,本文阐述了QPZD的建模原理,分别介绍了基于QPZD的非线性、微波噪声和开关三类单功能模型理论,并基于统一的核心模型方程提出了上述模型的一体化融合方法及其多功能模型架构。其次,介绍了包括自热效应、环境温度效应和陷阱效应在内的色散效应的建模方法。最后,从晶体管在片测试验证和射频前端多功能芯片设计验证两个角度对建立的模型进行了验证。仿真实测对比结果表明,模型的非线性、噪声和开关特性的综合仿真精度大于80.33%。本文的建模方法对多功能射频前端关键芯片的全面和精准设计具有重要的指导意义。展开更多
为了精确模拟低温下氮化镓高电子迁移率晶体管(Gallium Nitride high electron mobility transistor,GaN HEMT)的微波噪声性能,提出了一种基于小信号等效电路构建低温噪声模型的方法.利用导纳参数的频率依赖性获取小信号等效电路元件,...为了精确模拟低温下氮化镓高电子迁移率晶体管(Gallium Nitride high electron mobility transistor,GaN HEMT)的微波噪声性能,提出了一种基于小信号等效电路构建低温噪声模型的方法.利用导纳参数的频率依赖性获取小信号等效电路元件,建立了精确的小信号模型.在此基础上依据Pospieszalski原理对低温噪声源进行表征,特别是栅极泄漏引入的散粒噪声,建立了低温噪声模型.仿真结果表明:在0.2~40 GHz频段,小信号模型的S参数最大误差为2.5%,在2~10 GHz频段噪声模型的四噪声参数最大误差仅在1%以内.其中,低温下栅极泄漏散粒噪声贡献约0.1 K,较于传统方法,新方法具有一定的有效性和更高的准确性.展开更多
In this work,we investigate the impact of the whole small recess offset on DC and RF characteristics of InP high electron mobility transistors(HEMTs).L_(g)=80 nm HEMTs are fabricated with a double-recessed gate proces...In this work,we investigate the impact of the whole small recess offset on DC and RF characteristics of InP high electron mobility transistors(HEMTs).L_(g)=80 nm HEMTs are fabricated with a double-recessed gate process.We focus on their DC and RF responses,including the maximum transconductance(g_(m_max)),ON-resistance(R_(ON)),current-gain cutoff frequency(f_(T)),and maximum oscillation frequency(f_(max)).The devices have almost same RON.The g_(m_max) improves as the whole small recess moves toward the source.However,a small gate to source capacitance(C_(gs))and a small drain output conductance(g_(ds))lead to the largest f_(T),although the whole small gate recess moves toward the drain leads to the smaller g_(m_max).According to the small-signal modeling,the device with the whole small recess toward drain exhibits an excellent RF characteristics,such as f_(T)=372 GHz and f_(max)=394 GHz.This result is achieved by paying attention to adjust resistive and capacitive parasitics,which play a key role in high-frequency response.展开更多
文摘针对GFET器件中杂质和缺陷引起的本征通道不均匀而导致传统噪声模型拟合度较差的问题,提出了一种基于电荷的石墨烯场效应晶体管(Graphene Field Effect Transistors,GFET)等效噪声电路模型。首先考虑了GFET器件非互易性的影响,通过在小信号等效电路中引入电荷受控源来模拟器件在相关偏置条件下本征通道电荷传输特性,并从S参数中提取小信号模型参数,建立基于电荷的小信号等效电路模型。然后对GFET的高频噪声特性分析,采用PRC模型方法进行表征,噪声去嵌技术获取噪声模型参数,进一步建立基于电荷的GFET等效噪声电路模型。最后,在1~50GHz的频率范围内评估其射频性能,得到S参数最大误差仅为2.2%,最小噪声系数平均误差为1.2%,并将截止频率、噪声参数等射频指标与实验数据比较,验证了所提出模型的有效性和实用性。
文摘针对传统模型因缺少对电磁相互作用的表征而导致高频精度不足的问题,以具有优异高频特性的磷化铟高电子迁移率场效应晶体管(indium phosphide high electron mobility field-effect transistor,InP HEMT)为例,提出一种引入寄生耦合效应的小信号等效电路模型与高频等效噪声电路模型.首先引入栅极–漏极之间的互感元件来模拟器件在高频下由于电磁相互作用产生的寄生耦合效应,并采用电磁仿真与直接参数提取相结合的建模方法,建立小信号等效电路模型.然后以所建小信号模型为基础,通过相关噪声矩阵与噪声参数的提取方法,建立高频等效噪声电路模型.实验结果表明,在500 MHz~50 GHz频段内,S参数最大误差小于3%,四噪声参数相较于传统模型提升约2.45%,并从小信号电流增益(|h21|)、单边功率增益(U)与最小噪声系数(Fmin)出发,评估了寄生耦合效应对高频性能的影响.
文摘射频前端芯片的多功能一体化设计对晶体管模型的功能及其复用能力提出了更高的要求。然而,传统模型无法实现多功能复用,导致模型参数提取步骤多、建模效率低。对此,本文提出了一种基于准物理区划分(Quasi-physical zone division, QPZD)理论的多功能的器件物理基建模方法,模型具备非线性、噪声和开关特性的表征能力。首先,本文阐述了QPZD的建模原理,分别介绍了基于QPZD的非线性、微波噪声和开关三类单功能模型理论,并基于统一的核心模型方程提出了上述模型的一体化融合方法及其多功能模型架构。其次,介绍了包括自热效应、环境温度效应和陷阱效应在内的色散效应的建模方法。最后,从晶体管在片测试验证和射频前端多功能芯片设计验证两个角度对建立的模型进行了验证。仿真实测对比结果表明,模型的非线性、噪声和开关特性的综合仿真精度大于80.33%。本文的建模方法对多功能射频前端关键芯片的全面和精准设计具有重要的指导意义。
文摘为了精确模拟低温下氮化镓高电子迁移率晶体管(Gallium Nitride high electron mobility transistor,GaN HEMT)的微波噪声性能,提出了一种基于小信号等效电路构建低温噪声模型的方法.利用导纳参数的频率依赖性获取小信号等效电路元件,建立了精确的小信号模型.在此基础上依据Pospieszalski原理对低温噪声源进行表征,特别是栅极泄漏引入的散粒噪声,建立了低温噪声模型.仿真结果表明:在0.2~40 GHz频段,小信号模型的S参数最大误差为2.5%,在2~10 GHz频段噪声模型的四噪声参数最大误差仅在1%以内.其中,低温下栅极泄漏散粒噪声贡献约0.1 K,较于传统方法,新方法具有一定的有效性和更高的准确性.
基金Supported by the Terahertz Multi User RF Transceiver System Development Project(Z211100004421012).
文摘In this work,we investigate the impact of the whole small recess offset on DC and RF characteristics of InP high electron mobility transistors(HEMTs).L_(g)=80 nm HEMTs are fabricated with a double-recessed gate process.We focus on their DC and RF responses,including the maximum transconductance(g_(m_max)),ON-resistance(R_(ON)),current-gain cutoff frequency(f_(T)),and maximum oscillation frequency(f_(max)).The devices have almost same RON.The g_(m_max) improves as the whole small recess moves toward the source.However,a small gate to source capacitance(C_(gs))and a small drain output conductance(g_(ds))lead to the largest f_(T),although the whole small gate recess moves toward the drain leads to the smaller g_(m_max).According to the small-signal modeling,the device with the whole small recess toward drain exhibits an excellent RF characteristics,such as f_(T)=372 GHz and f_(max)=394 GHz.This result is achieved by paying attention to adjust resistive and capacitive parasitics,which play a key role in high-frequency response.
