InP HBT小信号模型的参数提取方法

摘要

本发明公开了一种InP HBT小信号模型的参数提取方法，主要解决现有技术的提取过程繁杂、提取结果不够精确的问题。其技术方案是，采用开路焊点结构和短路焊点结构，对等效电路分析，进行寄生参数的提取；采用集电极开路状态，对等效电路分析，进行外部电阻参数的提取；运用电路网络理论，分析InP HBT器件本征部分的散射参数S、阻抗参数Z、导纳参数Y；采用层层剥离的方法，为每一个本征模型参数确定一个固定的表达式，进行提取本征参数。本发明具有提取参数精确、快速且直观的优点。仿真结果表明，本发明提取的小信号模型结果与实际器件测试结果的散射参数S能很好的拟合，可用于指导电路设计以及确定大信号模型外围电路。

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，涉及参数的提取方法，尤其涉及一种InP HBT小信号模型的参数提取方法，可用于集成电路的设计。 

背景技术

InP HBT是指磷化铟异质结双极型晶体管，这种器件具有频率特性好、击穿电压高等特点，近年来得到了深入的研究，器件特性得到了很大的提高。由于InP HBT优越的特性，在高速数字电路，微波毫米波电路和数模混合电路中有着广泛的应用。随着InP HBT应用的不断开拓，建立精确的小信号模型以及快速精确的参数提取方法，对InP HBT的电路设计具有十分重要的意义。同时，HBT小信号模型也是建立大信号模型的基础。 

小信号模型参数由InP HBT小信号模型的拓扑结构决定的，而InP HBT的拓扑结构表征了器件本身的物理特性，也就是每一个小信号模型参数都具有物理意义，这些参数包括寄生参数、本征参数和外部电阻参数。其中，寄生参数包括：基极寄生电阻R_bpad，集电极寄生电阻R_cpad，发射极寄生电阻R_epad，基极寄生电感L_bpad，集电极寄生电感L_cpad，发射极寄生电感L_epad，集-射结寄生电容C_pce，基-射结寄生电容C_pbe，基-集结寄生电容C_pbc；本征参数包括：基-射结电容C_be，基-集结内电容C_bci，基-集结外电容C_bcx，基极内电阻R_bi，基-射结动态电阻R_be，基-集结动态电阻R_bc；互导g_m0，延迟时间τ；外部电阻参数包括：发射极电阻R_e，基极外电阻R_b，集电极电阻R_c。所述的寄生参数和外部电阻参数均与偏置无关，而本征参数与偏置有关。 

目前，已有不少有关InP HBT小信号模型参数提取方法的报道。这些提取方法归纳起来大致可以分为数值优化法和直接提取法两大类。数值优化法可以借助于计算机辅助软件来实现，模型参数完全通过数值分析和最优化得到，但是计算量很大，而且提取结果与实验结果相差明显；直接提取法在确定的模型拓扑基础上推导其散射参数S、阻抗参数Z和导纳参数Y表达式，并在此基础上对相关表达式做出不同的近似和假设，以实验数据为依据提取模型参数，提取的参数有简明清晰的物理意义，并且具 有比较好的精度和较宽频带范围的适用性，但是传统的直接提取法推导参数的过程比较繁琐，造成InP HBT小信号模型参数的不能精确、快速的提取，影响电路设计和大信号模型的建立。 

发明内容

针对以上的不足，本发明提出了一种磷化铟异质结双极型晶体管小信号模型的参数提取方法，以简化推导参数的过程，提高小信号模型参数的提取速度和精度。 

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤： 

（1）采用开路结构和短路结构提取寄生参数： 

（1a）分别测量InP HBT器件在开路焊点结构下的散射参数S_O和在短路焊点结构下的散射参数S_S，其中$S_O=\left(\begin{array}{cc}{S}_{O11}& S_{O12}\\ S_{O21}& S_{O22}\end{array}\right),$$S_S=\left(\begin{array}{cc}{S}_{S11}& S_{S12}\\ S_{S21}& S_{S22}\end{array}\right);$

（1b）利用散射参数计算器件的寄生参数： 

（1b1）通过网络参数变换公式对开路焊点结构下测量出的散射参数S_O进行变换，得到开路焊点结构下的导纳参数：$Y_O=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{O11}& Y_{O12}\\ Y_{O21}& Y_{O22}\end{array}\right);$对Y_O的元素进行加减运算并取虚部，计算出InP HBT器件的集-射结寄生电容C_pce，基-射结寄生电容C_pbe和基-集结寄生电容C_pbc； 

（1b2）利用短路焊点结构下的散射参数S_S，通过网络参数变换公式将其变换得到短路焊点结构下的导纳参数：$Y_S=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{S11}& Y_{S12}\\ Y_{S21}& Y_{S22}\end{array}\right),$用短路焊点结构下的导纳参数Y_S减去开路结构焊点下的导纳参数Y_O，得到新的导纳参数：$Y_{\mathrm{SO}}=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{SO}11}& Y_{\mathrm{SO}12}\\ Y_{\mathrm{SO}21}& Y_{\mathrm{SO}22}\end{array}\right),$通过网络参数变换公式将新的导纳参数Y_SO变换得到新的阻抗参数：$Z_{\mathrm{SO}}=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{SO}11}& Z_{\mathrm{SO}12}\\ Z_{\mathrm{SO}21}& Z_{\mathrm{SO}22}\end{array}\right),$对Z_SO的元素进行加减运算并取实部或取虚部，计算出InP HBT器件的基极寄生电阻R_bpad，集电极寄生电阻R_cpad，发射极寄生电阻R_epad，及基极寄生电感L_bpad，集电极寄生电感L_cpad，发射极寄生电感L_epad； 

（2）采用集电极开路的方法提取外部电阻参数： 

置InP HBT器件处于需要提取的小信号偏置下，测量出此时的完整模型散射参数 S_a，去除步骤（1）中计算出的寄生参数，得到完整模型去除寄生参数后的阻抗参数 $Z_C=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{C11}& Z_{C12}\\ Z_{C21}& Z_{C22}\end{array}\right),$使InP HBT器件器件处于集电极开路状态，通过对集电极开路状态下的等效电路分析，以及对集电极开路状态下的阻抗参数Z_C的元素进行加减运算并取实部，计算得到InP HBT器件的发射极外电阻R_e，基极外电阻R_b，集电极外电阻R_c，其中$S_C=\left(\begin{array}{cc}{S}_{C11}& S_{C12}\\ S_{C21}& S_{C22}\end{array}\right);$

（3）提取本征参数： 

（3a）去除步骤（2）中计算出的外部电阻参数，得到本征部分的阻抗参数： $Z_{\mathrm{in}}=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{in}11}& Z_{\mathrm{in}12}\\ Z_{\mathrm{in}21}& Z_{\mathrm{in}22}\end{array}\right),$通过网络参数变换公式将本征部分的阻抗参数Z_in变换得到本征部分的导纳参数：$Y_{\mathrm{in}}=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{in}11}& Y_{\mathrm{in}12}\\ Y_{\mathrm{in}21}& Y_{\mathrm{in}22}\end{array}\right),$其中$S_a=\left(\begin{array}{cc}{S}_{a11}& S_{a12}\\ S_{a21}& S_{a22}\end{array}\right);$

（3b）运用电路网络理论，对InP HBT本征部分的散射参数S_in、阻抗参数Z_in和导纳参数Y_in的元素进行加减运算并取虚部或实部，采用层层剥离的方法计算出InPHBT器件的基-射结电容C_be，基-集结内电容C_bci，基-集结外电容C_bcx，基极内电阻R_bi，基-射结动态电阻R_be，基-集结动态电阻R_bc，互导g_m0，延迟时间τ； 

（4）将上述步骤已经提取出的寄生参数、外部电阻参数和本征参数这三个参数与小信号模型拓扑结构相结合，得到完整的InP HBT器件小信号模型，进而用于电路设计及InP HBT器件的大信号模型建立。 

本发明由于采用开路焊点结构和短路焊点结构进行寄生参数的提取，采用集电极开路状态进行提取外部电阻参数的提取，运用电路网络理论，分析InP HBT本征部分的散射参数S、阻抗参数Z、导纳参数Y，采用层层剥离的方法提取本征参数运用电路理论，因而提取结果更为精确、速度更快且直观；提取结果可用于磷化铟异质结双极型晶体管的电路设计，特别是对高速数字电路、微波毫米波电路和数模混合电路的设计，同时也为InP HBT大信号模型的建立提供了坚实的基础，即确定大信号模型的外围等效电路参数。 

附图说明

图1为本发明实施例InP HBT小信号模型的参数提取方法的流程图； 

图2为InP HBT小信号模型的拓扑结构电路图，其中第一层虚线框以外的为寄生参数部分，第二层虚线框以内的为本征部分，两层虚线框之间为外部电阻参数部分； 

图3为本发明中提取寄生电容参数的开路焊点结构下的等效电路图； 

图4为本发明中提取寄生电阻参数和寄生电感的短路焊点结构下的等效电路图； 

图5为本发明中提取外部电阻参数的集电极开路状态下的等效电路图； 

图6为本发明中提取基极内电阻R_bi的小本征模型等效电路图； 

图7为本发明中将得到的基极内电阻R_bi从小本征模型中剥离得到的类本征模型的等效电路图； 

图8为本发明在频率100MHz～40GHz，电压V_c=1.7V，电流I_c=11mA偏置点下的器件实际测试结果与提取的小信号模型结果散射参数S的比较图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。 

本发明要提取的参数如下： 

1.在开路结构和短路结构下提取寄生参数，包括：基基极寄生电阻R_bpad，集电极寄生电阻R_cpad，发射极寄生电阻R_epad，基极寄生电感L_bpad，集电极寄生电感L_cpad，发射极寄生电感L_epad，集-射结寄生电容C_pce，基-射结寄生电容C_pbe，基-集结寄生电容C_pbc； 

2.在集电极开路状态下提取外部电阻参数，包括：发射极电阻R_e，基极外电阻R_b，集电极电阻R_c； 

3.运用电路理论，采用层层剥离的方法提取本征参数，包括：基-射结电容C_be，基-集结内电容C_bci，基-集结外电容C_bcx，基极内电阻R_bi，基-射结动态电阻R_be，基-集结动态电阻R_bc；互导g_m0，延迟时间τ。 

参照图1，为本发明实施例InP HBT小信号模型的参数提取方法，包括以下步骤： 

一，采用开路结构和短路结构，提取寄生参数： 

步骤1，分别测量InP HBT器件在开路焊点结构下的散射参数矩阵S_O和在短路焊点结构下的散射参数矩阵S_S，其中$S_O=\left(\begin{array}{cc}{S}_{O11}& S_{O12}\\ S_{O21}& S_{O22}\end{array}\right),$$S_S=\left(\begin{array}{cc}{S}_{S11}& S_{S12}\\ S_{S21}& S_{S22}\end{array}\right).$

步骤2，利用散射参数S_O和S_S计算器件的寄生参数： 

（2a）通过网络参数变换公式对开路焊点结构下测量出的散射参数S_O进行变换，得到开路焊点结构下的导纳参数：$Y_O=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{O11}& Y_{O12}\\ Y_{O21}& Y_{O22}\end{array}\right);$对Y_O的元素进行加减运算并取虚部，计算出InP HBT器件的集-射结寄生电容C_pce，基-射结寄生电容C_pbe和基-集结寄生电容C_pbc，具体步骤如下： 

（2a2)通过网络参数变换公式对开路焊点结构下测量出的散射参数S_O进行变换，得到开路焊点结构下的导纳参数：$Y_O=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{O11}& Y_{O12}\\ Y_{O21}& Y_{O22}\end{array}\right),$其中： 

$Y_{O11}=\frac{1}{Z_0}\frac{(1-S_{O11})(1+S_{O22})+S_{O12}{S}_{O21}}{\mathrm{\Delta S}}$

$Y_{O12}=Y_{O21}=\frac{1}{Z_0}\frac{-2S_{O12}}{\mathrm{\Delta S}}$

$Y_{O22}=\frac{1}{Z_0}\frac{(1+S_{O11})(1-S_{O22})+S_{O12}{S}_{O21}}{\mathrm{\Delta S}},$

式中，△S=（1+S_O11）(1+S_O22)-S_O12S_O21，Z₀是每一端口的特性阻抗，Y_O11、Y_O12、Y_O21、Y_O22分别表示开路焊点结构下的导纳参数Y_O矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，S_O11、S_O12、S_O21、S_O22分别表示开路焊点结构下的散射参数S_O矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素。 

（2a2）通过开路焊点结构下的等效电路得到开路焊点结构下的导纳参数： 

根据图3所示的InP HBT器件在开路焊点结构下的等效电路，可得到开路焊点结构下的导纳参数Y’_O的矩阵式为：${Y^{\prime }}_O=\left(\begin{array}{cc}{Y^{\prime }}_{O11}& {Y^{\prime }}_{O12}\\ {Y^{\prime }}_{O21}& {Y^{\prime }}_{O22}\end{array}\right),$其中： 

Y'_O11=jωC_pbe+jωC_pbc

Y'_O12=-jωC_pbc

Y'_O21=-jωC_pbc

Y'_O22=jωC_pce+jωC_pbc， 

式中，Y’_O11、Y’_O12、Y’_O21、Y’_O22分别表示开路焊点结构下的导纳参数Y’_O矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，ω为频率，j为虚数符号； 

（2a3）将计算出的开路焊点结构下的导纳参数Y_O数值与由等效电路得出的开路焊点结构下的导纳参数Y’_O方程组相结合，即用Y_O各个元素的数值求解Y’_O中的未知数，计算出InP HBT器件的各寄生电容参数： 

基-集结寄生电容C_pbc=-imag(Y_O12)/ω， 

基-射结寄生电容C_pbe=imag(Y_O11+Y_O12)/ω， 

集-射结寄生电容C_pce=imag(Y_O22+Y_O12)/ω， 

式中，imag为取虚部计算符号，ω为频率； 

（2b）利用短路焊点结构下的散射参数S_S，通过网络参数变换公式将其变换得到短路焊点结构下的导纳参数：$Y_S=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{S11}& Y_{S12}\\ Y_{S21}& Y_{S22}\end{array}\right),$用短路焊点结构下的导纳参数Y_S减去开路结构焊点下的导纳参数Y_O，得到新的导纳参数：$Y_{\mathrm{SO}}=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{SO}11}& Y_{\mathrm{SO}12}\\ Y_{\mathrm{SO}21}& Y_{\mathrm{SO}22}\end{array}\right),$通过网络参数变换公式将新的导纳参数Y_SO变换得到新的阻抗参数：$Z_{\mathrm{SO}}=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{SO}11}& Z_{\mathrm{SO}12}\\ Z_{\mathrm{SO}21}& Z_{\mathrm{SO}22}\end{array}\right),$对Z_SO的元素进行加减运算并取实部或取虚部，计算出InP HBT器件的基极寄生电阻R_bpad，集电极寄生电阻R_cpad，发射极寄生电阻R_epad，及基极寄生电感L_bpad，集电极寄生电感L_cpad，发射极寄生电感L_epad，具体步骤如下： 

（2b1）根据短路焊点结构下测量出的散射参数S_S，通过如下网络参数变换公式求出导纳参数矩阵式Y_S中每个元素，即： 

$Y_{S11}=\frac{1}{Z_0}\frac{(1-S_{S11})(1+S_{S22})+S_{S12}{S}_{S21}}{\mathrm{\Delta S}}$

$Y_{S12}=Y_{S21}=\frac{1}{Z_0}\frac{-2S_{S12}}{\mathrm{\Delta S}}$

$Y_{S22}=\frac{1}{Z_0}\frac{(1+S_{S11})(1-S_{S22})+S_{S12}{S}_{S21}}{\mathrm{\Delta S}},$

式中，△S=（1+S_S11）(1+S_S22)-S_S12S_S21，Z₀是每一端口的特性阻抗，Y_S11、Y_S12、Y_S21、Y_S22分别表示短路焊点结构下的导纳参数Y_S矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，S_S11、S_S12、S_S21、S_S22分别表示短路焊点结构下的散射参数S_S矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素； 

（2b2）用短路焊点结构下的导纳参数Y_S减去开路结构焊点下的导纳参数Y_O，得到新的导纳参数Y_SO，对新的导纳参数Y_SO求逆，得到新的阻抗参数：Z_SO=Y_SO^-1； 

（2b3）通过开路焊点结构下的等效电路和短路焊点结构下的等效电路得到新的阻抗参数： 

根据图3所示的InP HBT器件开路焊点结构下的等效电路和图4所示的InP HBT器件短路焊点结构下的等效电路，得到阻抗参数Z’_SO的矩阵式为： 

${Z^{\prime }}_{\mathrm{SO}}=\left(\begin{array}{cc}{Z^{\prime }}_{\mathrm{SO}11}& {Z^{\prime }}_{\mathrm{SO}12}\\ {Z^{\prime }}_{\mathrm{SO}21}& {Z^{\prime }}_{\mathrm{SO}22}\end{array}\right),$其中： 

Z'_SO11=R_bpad+R_epad+jω(L_bpad+L_epad) 

Z'_SO12=R_epad+jωL_epad

Z'_SO21=R_epad+jωL_epad

Z'_SO22=R_cpad+R_epad+jω(L_cpad+L_epad)， 

式中，Z’_SO11、Z’_SO12、Z’_SO21、Z’_SO22分别表示阻抗参数Z’_SO矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，ω为频率，j为虚数符号； 

（2b4）将计算出的阻抗参数Z_SO数值与由等效电路得出的阻抗参数Z’_SO方程组相结合，即用Z_SO各个元素的数值求解Z’_SO中的未知数，计算出InP HBT器件的各寄生电阻参数和各寄生电感参数： 

发射极寄生电阻：R_epad=real(Z_SO12)， 

基极寄生电阻：R_bpad=real(Z_SO11-Z_SO12)， 

集电极寄生电阻：Rc_pad=real(Z_SO22-Z_SO12)， 

发射极寄生电感：L_epad=imag(Z_SO12)/ω， 

基极寄生电感：L_bpad=imag(Z_SO11-Z_SO12)/ω， 

集电极寄生电感：L_cpad=imag(Z_SO22-Z_SO12)/ω， 

式中，real为取实部计算符号，imag为取虚部计算符号，ω为频率。 

二，采用集电极开路状态，提取外部电阻参数： 

步骤3，置InP HBT器件处于需要提取的小信号偏置下，测量出此时的完整模型散射参数S_a，其中$S_a=\left(\begin{array}{cc}{S}_{a11}& S_{a12}\\ S_{a21}& S_{a22}\end{array}\right).$

步骤4，去除步骤2中计算出的寄生参数，得到完整模型去除寄生参数后的阻抗参数$Z_C=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{C11}& Z_{C12}\\ Z_{C21}& Z_{C22}\end{array}\right),$具体步骤如下： 

（4a）根据完整模型的散射参数S_a，通过如下网络参数变换公式求出导完整模型的导纳参数Y_a中每个元素，即： 

$Y_{a11}=\frac{1}{Z_0}\frac{(1-S_{a11})(1+S_{a22})+S_{a12}{S}_{a21}}{\mathrm{\Delta S}}$

$Y_{a12}=Y_{a21}=\frac{1}{Z_0}\frac{-2S_{a12}}{\mathrm{\Delta S}}$

$Y_{a22}=\frac{1}{Z_0}\frac{(1+S_{a11})(1-S_{a22})+S_{a12}{S}_{a21}}{\mathrm{\Delta S}},$

式中，△S=（1+S_a11）(1+S_a22)-S_a12S_a21，Z₀是每一端口的特性阻抗，Y_a11、Y_a12、Y_a21、Y_a22分别表示完整模型的导纳参数Y_a矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，S_a11、S_a12、S_a21、S_a22分别表示完整模型的散射参数S_a矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素； 

（4b）将完整模型的导纳参数Y_a减去开路焊点结构下的导纳参数Y_O，得到剥离寄生电容后的导纳参数Y_aO，对剥离寄生电容后的导纳参数Y_aO求逆，得到剥离寄生电容后的阻抗参数：Z_aO=Y_aO^-1； 

（4c）将剥离寄生电容后的阻抗参数Z_aO减去阻抗参数Z_SO，得到剥离寄生参数后的阻抗参数Z_C。 

步骤5，利用阻抗参数Z_C计算器件的外电阻参数： 

使InP HBT器件器件处于集电极开路状态，通过对集电极开路状态下的等效电路分析，以及对集电极开路状态下的阻抗参数Z_C的元素进行加减运算并取实部，计算得到InP HBT器件的发射极外电阻R_e，基极外电阻R_b，集电极外电阻R_c，其中 $S_C=\left(\begin{array}{cc}{S}_{C11}& S_{C12}\\ S_{C21}& S_{C22}\end{array}\right),$具体步骤如下： 

（5a）通过集电极开路状态下的等效电路得到集电极开路状态下的阻抗参数： 

根据图5所示的InP HBT器件处于集电极开路状态下的等效电路，得到集电极开路状态下的阻抗参数Z’_C的矩阵式为：${Z^{\prime }}_C=\left(\begin{array}{cc}{Z^{\prime }}_{C11}& {Z^{\prime }}_{C12}\\ {Z^{\prime }}_{C21}& {Z^{\prime }}_{C22}\end{array}\right),$其中： 

${Z^{\prime }}_{C11}=R_b+R_{\mathrm{bi}}+R_e+\frac{R_{\mathrm{be}}}{1+g_{m0}·R_{\mathrm{be}}}$

${Z^{\prime }}_{C12}=R_e+\frac{R_{\mathrm{be}}}{1+g_{m0}·R_{\mathrm{be}}}$

${Z^{\prime }}_{C21}=R_e+(1-g_{m0}·R_{\mathrm{be}})·\frac{R_{\mathrm{be}}}{1+g_{m0}·R_{\mathrm{be}}}$

${Z^{\prime }}_{C22}=R_c+R_e+(1+\frac{R_{\mathrm{bc}}}{R_{\mathrm{be}}})·\frac{R_{\mathrm{be}}}{1+g_{m0}·R_{\mathrm{be}}},$

式中，基极内电阻R_bi，互导g_m0，发射极外电阻R_e，基极外电阻R_b，集电极外电阻R_c，基-射结动态电阻R_be，基-集结动态电阻R_bc，都是所要提取的参数，Z’_C11、Z’_C12、Z’_C21、Z’_C22分别表示集电极开路状态下的阻抗参数Z’_C矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，其中： 

$R_{\mathrm{be}}=1/\frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{be}}}{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{be}}}=\frac{{\eta }_{\mathrm{be}}\mathrm{KT}}{{\mathrm{qI}}_{\mathrm{be}}}$

$R_{\mathrm{bc}}=1/\frac{{\mathrm{dI}}_{\mathrm{bc}}}{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{bc}}}=\frac{{\eta }_{\mathrm{bc}}\mathrm{KT}}{{\mathrm{qI}}_{\mathrm{bc}}},$

式中，η_f是集电极电流理想因子，η_be是基-射结电流理想因子，η_bc是基-集结电流理想因子，k为波尔兹曼常数，T是温度，q是电子电荷，I_be是流经R_be的电流，I_bc流经R_bc的电流，和都是求导运算； 

（5b）将计算出的集电极开路状态下的阻抗参数Z_C数值与由集电极开路状态下的等效电路得出的阻抗参数Z’_C方程组相结合，即用Z_C各个元素的数值求解Z’_C中的未知数，计算出InP HBT器件各外部电阻，即： 

发射极外电阻：R_e=real(Z_C12)_1/Ib→0， 

基极外电阻：R_b=real(Z_C11-Z_C12)_1/Ib→0， 

集电极外电阻：R_c=real(Z_C22-Z_C12)_1/Ib→0， 

式中，real为取实部计算符号，I_b为基极电流。 

三，运用电路理论，采用层层剥离的方法提取本征参数： 

步骤6，去除步骤5中计算出的外部电阻参数，得到本征部分的阻抗参数： $Z_{\mathrm{in}}=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{in}11}& Z_{\mathrm{in}12}\\ Z_{\mathrm{in}21}& Z_{\mathrm{in}22}\end{array}\right),$通过网络变换公式将本征部分的阻抗参数Z_in变换得到本征部分的导纳参数：$Y_{\mathrm{in}}=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{in}11}& Y_{\mathrm{in}12}\\ Y_{\mathrm{in}21}& Y_{\mathrm{in}22}\end{array}\right),$具体步骤如下： 

（6a）用剥离寄生参数后的阻抗参数Z_C减去由外部电阻参数组成的矩阵，得到本征部分的阻抗参数Z_in，即： 

$Z_{\mathrm{in}}=Z_C-\left(\begin{array}{cc}{R}_b+R_e& R_e\\ R_e& R_e+R_c\end{array}\right),$

式中，R_e是发射极外电阻，R_b是基极外电阻，R_c是集电极外电阻； 

（6b）对本征部分的阻抗参数Z_in求逆，得到本征部分的导纳参数：Y_in=Z_in^-1。 

步骤7，利用本征部分的导纳参数计算器件的基-集结外电容： 

（7a）通过本征部分等效电路得到本征部分的导纳参数： 

根据图2所示的第二层虚线框内为InP HBT器件本征部分等效电路，得到本征部分的导纳参数Y’_in的矩阵式为：${Y^{\prime }}_{\mathrm{in}}=\left(\begin{array}{cc}{Y^{\prime }}_{\mathrm{in}11}& {Y^{\prime }}_{\mathrm{in}12}\\ {Y^{\prime }}_{\mathrm{in}21}& {Y^{\prime }}_{\mathrm{in}22}\end{array}\right),$其中： 

${Y^{\prime }}_{\mathrm{in}11}=\frac{Z_j}{D}+\frac{Z_e}{D}+\mathrm{j\omega }{C}_{\mathrm{bcx}}$

${Y^{\prime }}_{\mathrm{in}12}=-\frac{Z_e}{D}-\mathrm{j\omega }{C}_{\mathrm{bcx}}$

${Y^{\prime }}_{\mathrm{in}21}=B\times g_m\times \frac{Z_j}{R_{\mathrm{bi}}}-\frac{Z_e}{D}-\mathrm{j\omega }{C}_{\mathrm{bcx}}$

${Y^{\prime }}_{\mathrm{in}22}=\frac{R_{\mathrm{bi}}}{D},$

式中，ω为器件测量频率，j为虚数符号，Y’_in11、Y’_in12、Y’_in21、Y’_in22分别表示本征部分的导纳参数Y’_in矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素，g_m=g_m0e^-jwτ，$Z_e=\frac{R_{\mathrm{be}}}{1+\mathrm{j\omega }{R}_{\mathrm{be}}{C}_{\mathrm{be}}},$$Z_j=\frac{R_{\mathrm{bc}}}{1+\mathrm{j\omega }{R}_{\mathrm{bc}}{C}_{\mathrm{bc}}},$D=R_biZ_e+R_biZ_j+Z_jZ_e， 

式中，ω为器件测量频率，j为虚数符号，基极内电阻R_bi，基-射结动态电阻R_be，基-集结动态电阻R_bc，互导g_m0是所要提取的参数； 

（7b）将计算出的本征部分的导纳参数Y_in数值与由本征部分的等效电路得出的导纳参数Y’_in方程组相结合，即用Y_in各个元素的数值求解Y’_in中的未知数，计算出InPHBT器件基-集结外电容：C_bcx=-imag(Y_in12)/ω， 

式中，imag为取虚部计算符号，j为虚数符号，Y_in12表示本征部分的导纳参数Y_in矩阵中第一行第二列的元素。 

步骤8，利用本征部分的导纳参数提取器件的基极内电阻： 

（8a）从器件本征模型中去除步骤7已提取出的基-集结外电容C_bcx参数，得到器件小本征模型的导纳参数Y_ins，即： 

$Y_{\mathrm{ins}}=Y_{\mathrm{in}}+\left(\begin{array}{cc}-\mathrm{j\omega }{C}_{\mathrm{bcx}}& \mathrm{j\omega }{C}_{\mathrm{bcx}}\\ \mathrm{j\omega }{C}_{\mathrm{bcx}}& 0\end{array}\right);$

对小本征模型的导纳参数Y_int求逆，得到小本征模型的阻抗参数:Z_ins=Y_ins^-1。 

（8b）通过小本征模型的等效电路得到小本征模型的阻抗参数： 

根据图6所示的InPHBT器件小本征模型的等效电路，得到小本征模型的阻抗参数Z’_int的矩阵式为：${Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}}=\left(\begin{array}{cc}{Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}11}& {Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}12}\\ {Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}21}& {Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}22}\end{array}\right),$其中： 

${Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}11}=R_{\mathrm{bi}}+\frac{Z_e}{1+g_m{Z}_e}$

${Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}12}=\frac{Z_e}{1+g_m{Z}_e}$

${Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}21}=\frac{Z_e-g_m{Z}_e{Z}_j}{1+g_m{Z}_e}$

${Z^{\prime }}_{\mathrm{ins}22}=\frac{Z_e+Z_j}{1+g_m{Z}_e},$

（8c）将计算出的小本征部分的阻抗参数Z_ins数值与由小本征部分的等效电路得出的阻抗参数Z’_int方程组相结合，即用Z_ins各个元素的数值求解Z’_ins中的未知数，计算出基极内电阻：R_bi=Z_ins11-Z_ins12， 

式中，Z_ins11、Z_ins12分别是小本征模型的阻抗参数Z_ins矩阵的第一行第一列、第一行第二列。 

步骤9，利用小本征模型的阻抗参数提取器件的剩余本征参数： 

（9a）从器件的小本征模型中去除步骤（8）中已提取出的基极内电阻R_bi，得到器件的类本征模型阻抗参数Z_qins，即： 

$Z_{\mathrm{qins}}=Z_{\mathrm{qins}}-\left(\begin{array}{cc}{R}_{\mathrm{bi}}& 0\\ 0& 0\end{array}\right),$

（9b）对类本征模型的阻抗参数Z_qins求逆，得到类本征模型的导纳参数：Y_qins=Z_qins^-1； 

（9c）通过类本征模型的等效电路得到类本征模型的导纳参数： 

根据图7所示的InP HBT器件类本征模型的等效电路，得到类本征模型的导纳参数Y’_qins的矩阵式为： 

${Y^{\prime }}_{\mathrm{qins}}=\left(\begin{array}{cc}\frac{1}{Z_e}+\frac{1}{Z_c}& -\frac{1}{Z_c}\\ -\frac{1}{Z_c}+g_m& \frac{1}{Z_c}\end{array}\right),$

（9d）将计算出的类本征模型的导纳参数Y_qins数值与由类本征模型的等效电路得出的导纳参数Y’_qins方程组相结合，即用Y_qins各个元素的数值求解Y’_qins中的未知数，计算出基-射结电容C_be，基-集结内电容C_bci，基-集结电容C_bc，基-射结动态电阻R_be，基-集结动态电阻R_bc，互导g_m0，延迟时间τ本征参数： 

基-射结电容：$C_{\mathrm{be}}=\frac{\mathrm{imag}(Y_{\mathrm{qins}11}+Y_{\mathrm{qins}12})}{\omega },$

基-集结内电容：$C_{\mathrm{bci}}=-\frac{\mathrm{imag}\left(Y_{\mathrm{qins}12}\right)}{\omega },$

基-射结动态电阻：$R_{\mathrm{be}}=\frac{1}{\mathrm{real}(Y_{\mathrm{qins}11}+Y_{\mathrm{qins}12})},$

基-集结动态电阻：$R_{\mathrm{bc}}=-\frac{1}{\mathrm{real}\left(Y_{\mathrm{qins}12}\right)},$

互导：g_m0=mag(Y_qins21-Y_qins12)， 

延迟时间：$\tau =\frac{-1}{\omega }{\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{\mathrm{imag}(Y_{\mathrm{qins}21}-Y_{\mathrm{qins}12})}{\mathrm{real}(Y_{\mathrm{qins}21}-Y_{\mathrm{qins}12})}\right),$

式中，ω为频率，imag为取虚部计算符号，real为取实部计算符号，tg^-1为三角式计算符号，mag为取幅度计算符号，Y’_qins11、Y’_qins12、Y’_qins21、Y’_qins22分别表示类本征模型的导纳参数Y’_qint矩阵中第一行第一列、第一行第二列、第二行第一列、第二行第二列的元素。 

四，结合小信号模型拓扑结构得到完整的小信号模型 

步骤10，将上述步骤已经提取出的寄生参数、外部电阻参数和本征参数这三个参数与小信号模型拓扑结构相结合，即将提取的参数值代入对应的电阻、电容或电感中，得到完整的InP HBT器件小信号模型，进而用于电路设计及InP HBT器件的大信号模型建立。 

本发明的效果可通过以下仿真实例进一步说明： 

1.仿真器件 

本发明所使用的器件是由中科院微电子所微波集成电路研究室工艺线设计﹑流片实现的InP HBT，发射极面积为1×15μm²，器件的具体材料结构如表1。 

2.仿真内容与结果 

2.1）用本发明方法对上述InP HBT器件小信号模型的参数进行提取，所提取的参数如表2。 

表1具体材料结构 

表2提取的参数 

C_pbc/F>3.02941E-15>R_bpad/Ω>0.46582>L_bpad/H>5.3269E-11>C_pbe/F>1.54699E-14>R_epad/Ω>0.1624>L_epad/H>9.63918E-12>C_pce/F>1.66373E-14>R_cpad/Ω>0.213>L_cpad/H>5.74872E-11>R_e/Ω>4.26522>R_e/Ω>4.26522>R_e/Ω>4.26522>R_bi/Ω>8.62408>R_bc/Ω>51220.83>C_be/F>1.7565E-12>R_be/Ω>34.36936>C_bci/F>1.00579E-14>C_bcx/F>14.2543E-15>G_m02.31322>τ>0.33E-12> > >

2.2）对表2所提取出的小信号模型参数结果与表1实际器件测试结果进行仿真比较，其中，测试散射参数S采用HP8510C矢量网络分析仪，其工作频段为100MHz～40GHz，直流偏置由HP4142提供，偏置点为电压V_c=1.7V，电流I_c=11mA，所有测试均为在片测试，使用Cascade探针台，测试软件为Agilent-ICCAP，建模后的HBT的散射参数S是基于安捷伦公司的ADS2009U1软件仿真得到，仿真结果如图8所示。 

从图8见，本发明提取的小信号模型在很大的频率范围内，准确地拟和了器件实际测试结果，表明建立的基于物理的小信号模型准确地表征了InP HBT器件的特性。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。