一种基于PHEMT工艺的MMIC等效管芯模型

摘要

本发明公开了一种基于PHEMT工艺的MMIC的等效管芯模型。该等效管芯模型包括栅极、源极、漏极、热源、连接条a、连接条b。其中栅极、源极、漏极的尺寸与实际MMIC芯片中晶体管的尺寸一致。热源放置在栅极的下面，其长度和宽度与栅极一致，厚度为0.1微米，其热耗大小根据芯片中每级管芯栅宽平均分配得到。本发明实现了在通用的热分析软件中准确模拟PHEMT 工艺的MMIC管芯热分布，为整个芯片的电路设计以及可靠性设计提供了有效快捷的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PHEMT工艺的MMIC的管芯等效结构模型，特别适用于GaAsPHEMTMMIC放大器芯片管芯热特性的研究。

背景技术

基于砷化镓或者氮化镓赝配高电子迁移率晶体管技术的放大器芯片在现代雷达与通讯领域发挥着重要的作用。随着功耗的不断增加与芯片尺寸的不断减小，过高的管芯沟道温度会直接影响芯片及器件的可靠性及性能，因此放大器芯片设计过程中的热设计以及对放大器芯片管芯温度的准确检测是工程应用领域极其重要的一部分。目前放大器芯片沟道温度的直接测量方法一般是红外热成像技术。红外测量技术成本高且耗费时间，且其无法在芯片的设计阶段提供准确的管芯沟道温度。最近公开的一些专利申请，如一种基于GaAsPHEMTMMIC热仿真等效模型（申请号CN201510108171.0），一种放大器芯片管芯热仿真等效模型（申请号CN201510108099.1）等针对管芯进行了仿真等效，且仿真结果和实测数据进行了比较，但是目前尚未有仿真与理论数据的直接比较且结果吻合的报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明涉及一种基于PHEMT工艺的MMIC的等效管芯结构模型。本发明可以在通用热仿真软件中实现晶体管热特性研究，为整个芯片的设计提供参考，提高芯片设计的效率。

一种基于PHEMT工艺的MMIC的等效管芯模型，它包括栅极、源极、漏极、热源、连接条a、连接条b，热源与栅极的栅长一致，宽度比栅极的宽度长3μm，放置在栅极的下表面，厚度为0.1μm，连接条a连接栅极、源极、漏极的左侧，且压着热源的上表面，连接条b连接栅极、源极、漏极的右侧，且压着热源的上表面。

所述的热源的功耗是根据芯片中每级管芯栅宽的比例分配得到，且每一级中管芯的功耗大小相同。

每一级管芯的尺寸都是相同的，各级管芯之间也只有栅极的栅宽不一样。

所述的栅极、源极、漏极、连接条a、连接条b的材料都为金。

所述的栅极、源极、漏极、连接条a、连接条b的尺寸与位置关系根据具体芯片而定。

本发明的有益效果在于：第一、整个仿真过程在芯片流片之前，为芯片的设计提供热特性参考，可以节约成本与时间，提高芯片设计的效率。第二、整个建模过程简单方便，可以适用于多款仿真软件。第三、等效的模型能够准确模拟放大器芯片的热特性，从而由管芯的阈值温度精确地估算出放大器芯片的阈值功率，结果准确可靠，节约成本，经济实用。

附图说明

图1为一种基于PHEMT工艺的MMIC的等效管芯模型的结构示意及等效原理图；分为上下两部分，上部分为等效管芯模型的结构示意图（为了清楚，采用文字说明），下部分为等效管芯模型的等效原理图（采用图标说明）；

图2为一种基于PHEMT工艺的MMIC的等效管芯模型的俯视图；

图3为实施例中管芯的等效结构在ANSYSICEPAK中的仿真温度分布曲线与理论曲线的对比图；

图4为等效管芯结构在整个芯片中的分布状态；

其中：栅极1、源极2、漏极3、热源4、连接条a5、连接条b6。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例是一个0.1瓦K波段的功放芯片，如图1所示，它包括栅极1、源极2、漏极3、热源4、连接条a5、连接条b6。其中栅极1、源极2、漏极3的尺寸比例基本等同于实际芯片中晶体管的栅极、源极与漏极的尺寸。热源4与栅极1的栅长一致，宽度比栅极1的宽度长3μm，放置在栅极1的下表面（从图2中可以看出热源4与栅极1重叠，并且热源4在宽度方向左右分别伸出1.5μm），热源4的厚度为0.1μm。如图2所示，连接条a5连接栅极1、源极2、漏极3的左侧，且压住了热源4在左侧宽度方向伸出的1.5μm。连接条b6连接栅极1、源极2、漏极3的右侧，且压住了热源4在右侧宽度方向伸出的1.5μm。如图3所示，当设计的管芯参数为Tc=100.394℃,功率为0.06瓦,栅宽为72.5μm,栅长为0.25μm,导热率为0.59W/m·K。图3是管芯等效结构的仿真温度分布曲线与参考文献（A.M.Darwishet.al.,“AccuratedeterminationofthermalresistanceofFETs,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.53,pp.306-313,Jan.2005.）中的理论温度分布曲线的对比图，图中等效管芯结构的尺寸是有图知所述的管芯等效结构的温度分布曲线与理论计算曲线具有良好的一致性。

所述基于PHEMT工艺的MMIC的等效管芯模型实现了在通用软件中仿真的管芯温度分布与管芯理论计算的温度分布曲线的高度吻合，而且也实现了在整个芯片管芯温度的准确仿真，能够为芯片设计提供有效的温度可靠性参考以提高芯片的设计效率，达到节约成本的目的。

如图4所示的是等效管芯结构在整个芯片中结构示意图，且根据其在常规温度仿真软件中的仿真结果知，该管芯等效结构具有工程上的实用性。