一种改进的InP HBT小信号模型的直接提取法

戚军军; 吕红亮; 张玉明; 张义门; 张金灿

doi:doi:10.11972/j.issn.1001-9014.2020.03.005

红外与毫米波学报, 2020, 39 (3): 295, 网络出版: 2020-07-07

一种改进的InP HBT小信号模型的直接提取法

An improved direct extraction method for InP HBT small-signal model

戚军军 ¹吕红亮 ^1,*张玉明 ¹张义门 ¹张金灿 ²

作者单位

¹ School of Microelectronics, Xidian University, Key Laboratory of Wide Band-Gap Semiconductor Materials and Devices, Xi’an7007, China

² Electrical Engineering College, Henan University of Science and Technology, Luoyang47103, China

图 & 表

图 1. HBT小信号等效电路

Fig. 1. HBT small-signal equivalent circuit

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图 2. 集电极开路等效电路

Fig. 2. open-collector equivalent circuit

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图 3. Z11-Z12, Z22-Z12 和 Z12的实部与1/Ib的关系图

Fig. 3. Plots of the real part of Z₁₁-Z₁₂, Z₂₂-Z₁₂ and Z₁₂ versus 1/I_b

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图 4. 剥离寄生参数后的等效电路图

Fig. 4. equivalent circuit after de-embedding off parasitic elements

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图 5. ωCbcx随频率变化的关系图

Fig. 5. ωC_bcx versus frequency

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图 6. Rbi随频率变化的关系图

Fig. 6. R_biversus frequency

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图 7. 剥离Rbi后的等效电路图

Fig. 7. the equivalent circuit of de-embedding R_bi

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图 8. 在100 MHz~40 GHz之间测量和计算的1×15μm2InP HBT 的S参数

Fig. 8. Measured and calculated S-parameters of 1×15 μm² InP HBT between 100 MHz~40 GHz

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表 1非本征参数的提取结果

Table1. Extraction of extrinsic parameters values

parasitic parameters	V_ce=2.5 V, I_c=12.5 mA
C_pb_c/fF	2.62
C_pb_e/fF	15.60
C_pce/fF	16.20
L_b/pH	52.25
L_c/pH	57.75
L_e/pH	8.88
R_e/Ω	4.27
R_b/Ω	1.77
R_c/Ω	7.31

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表 2本征参数在Vce=2.5V时的提取结果

Table2. Extraction of Intrinsic Parameters at V_ce=2.5V

Intrinsic parameters	I_c=2.5mA	I_c=12.5mA	I_c=22.5mA
C_bcx/fF	49.21	35.60	58.31
R_bi/Ω	36.22	8.32	2.45
R_be/Ω	2497.68	121.02	113.50
R_bc/Ω	1.90×10⁴	2.66×10⁴	1.04×10⁴
C_bc/fF	32.03	18.26	16.59
C_be/fF	145.30	718.85	915.30
g_m0/S	0.08	0.60	1.19

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戚军军, 吕红亮, 张玉明, 张义门, 张金灿. 一种改进的InP HBT小信号模型的直接提取法[J]. 红外与毫米波学报, 2020, 39(3): 295. Jun-Jun QI, Hong-Liang LYU, Yu-Ming ZHANG, Yi-Men ZHANG, Jin-Can ZHANG. An improved direct extraction method for InP HBT small-signal model[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2020, 39(3): 295.

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图 1. HBT小信号等效电路

Fig. 1. HBT small-signal equivalent circuit

图 2. 集电极开路等效电路

Fig. 2. open-collector equivalent circuit

图 3. Z11-Z12, Z22-Z12 和 Z12的实部与1/Ib的关系图

Fig. 3. Plots of the real part of Z₁₁-Z₁₂, Z₂₂-Z₁₂ and Z₁₂ versus 1/I_b

图 4. 剥离寄生参数后的等效电路图

Fig. 4. equivalent circuit after de-embedding off parasitic elements

图 5. ωCbcx随频率变化的关系图

Fig. 5. ωC_bcx versus frequency

图 6. Rbi随频率变化的关系图

Fig. 6. R_biversus frequency

图 7. 剥离Rbi后的等效电路图

Fig. 7. the equivalent circuit of de-embedding R_bi

图 8. 在100 MHz~40 GHz之间测量和计算的1×15μm2InP HBT 的S参数

Fig. 8. Measured and calculated S-parameters of 1×15 μm² InP HBT between 100 MHz~40 GHz

表 1非本征参数的提取结果

Table1. Extraction of extrinsic parameters values

表 2本征参数在Vce=2.5V时的提取结果

Table2. Extraction of Intrinsic Parameters at V_ce=2.5V

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图 1. HBT小信号等效电路

Fig. 1. HBT small-signal equivalent circuit

图 2. 集电极开路等效电路

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图 3. Z11-Z12, Z22-Z12 和 Z12的实部与1/Ib的关系图

Fig. 3. Plots of the real part of Z11-Z12, Z22-Z12 and Z12 versus 1/Ib

图 4. 剥离寄生参数后的等效电路图

Fig. 4. equivalent circuit after de-embedding off parasitic elements

图 5. ωCbcx随频率变化的关系图

Fig. 5. ωCbcx versus frequency

图 6. Rbi随频率变化的关系图

Fig. 6. Rbi versus frequency

图 7. 剥离Rbi后的等效电路图

Fig. 7. the equivalent circuit of de-embedding Rbi

图 8. 在100 MHz~40 GHz之间测量和计算的1×15μm2InP HBT 的S参数

Fig. 8. Measured and calculated S-parameters of 1×15 μm2 InP HBT between 100 MHz~40 GHz

表 1非本征参数的提取结果

Table1. Extraction of extrinsic parameters values

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Table2. Extraction of Intrinsic Parameters at Vce=2.5V

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Fig. 5. ωC_bcx versus frequency

Fig. 6. R_biversus frequency

Fig. 7. the equivalent circuit of de-embedding R_bi

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