论文部分内容阅读
随着无线通信产业的高速发展,器件特征尺寸不断减小,锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)最高特征频率已达到375GHz。与Ⅲ-Ⅴ族器件相比,采用SiGe工艺制作的集成电路兼容于传统CMOS工艺、集成度高和成本低等优势使其成为无线移动通信系统最佳候选。为了提高射频SiGe工艺集成电路设计成功率,缩短设计时间,降低设计成本,需要建立工作在射频频段精确的SiGe HBT模型。目前普遍应用的SiGe HBT模型存在模型精度不够高,模型开发周期较长等等缺点,需要付出更多的努力,使得射频SiGe HBT模型更加成熟,满足绝大部分集成电路设计的要求。本文主要研究了射频微波SiGe HBT器件建模与参数提取技术,基于这个研究课题,取得了以下所述研究成果：1)提出了一种改进的SiGe HBT小信号等效电路模型,该模型包含了基极发射极与集电极发射极之间的金属效应,考虑了基极发射极与基极集电极分布式电容效应；同时给出了一种半分析模型参数提取方法。提出的SiGe HBT小信号等效电路建模和参数提取方法通过测试发射极面积为0.2×5.9μm2的SiGe HBT器件验证,验证频率达到40GHz。2)提出了一种基于MEXTRAM模型的SiGe HBT大信号模型,模型考虑了高基极电流低集电极电压状态下的软膝效应(Soft-knee effect),改进了模型直流精度；提出的模型由ADS电路仿真Verilog-A语言开发,并形成可用于电路设计ADS软件中的电路基本元件。3)针对GP模型大信号工作状态下精度不足的缺点,提出了一种发射极面积可缩放SiGe HBT大信号模型,该模型考虑了自热效应和基极集电极雪崩效应。给出了一种改进的热阻参数提取技术,减小了基极电流变化对热阻的影响,提高了热阻参数提取精度。提出的尺寸可缩放模型与参数提取技术由发射极面积为0.3×20.3、0.3×13.9、0.3x9.9与0.3×1.9μm2的SiGe HBT器件验证。4)提出了一种基于微带传输线理论的去嵌技术,与传统去嵌技术相比,该去嵌技术不仅能去除顶层金属引入的寄生效应,同时能去除下层金属的寄生影响,提出的去嵌技术通过面积为20×2um2的多晶硅电阻验证。研究课题得到以下基金支持：华东师范大学博士研究生学术新人奖(项目编号：2010025),东南大学毫米波国家重点实验室开放项目(项目编号：K201002),教育部重点工程项目(项目编号：210080),国家自然基金(项目编号：61176036)