隨著集成電路的快速發(fā)展,硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(Si Ge HBT)因其渡越時間短,低溫性能好,電流增益大,低成本以及能與傳統(tǒng)的硅工藝相兼容等特性被廣泛的應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)以及無線通信電路中。因此,關(guān)于射頻晶體管Si Ge HBT高頻噪聲的建模一直以來是人們研究的熱點(diǎn)。為了大大地提高模型的精度,人們通常會在建模的時候考慮晶體管的物理特性。然而包含物理特性的Si Ge HBT高頻噪聲模型又會因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而無法直接被仿真軟件使用,這就使得人們所建的高頻噪聲模型在應(yīng)用方面有了很大的局限性。所以為了克服這一問題,我們需要對所建的噪聲模型進(jìn)行簡化處理得到其簡潔模型,再利用Verilog-A語言將其嵌入到仿真軟件中。這樣不僅提高了所建噪聲模型的實(shí)用性,同時也讓模型設(shè)計(jì)者大大地縮短了模型在后期更新時所需要的時間。本文重點(diǎn)研究了包含非準(zhǔn)靜態(tài)效應(yīng)的Si Ge HBT高頻等效噪聲簡潔模型。主要內(nèi)容可以分為以下幾個方面:Si Ge HBT小信號等效電路模型是建立Si Ge HBT高頻等效噪聲的基礎(chǔ)。因此,我們先確定了包含非準(zhǔn)靜態(tài)的Si Ge HBT等效電路結(jié)構(gòu),再針對現(xiàn)有的Van vliet模型的不足對其進(jìn)行改善,最終確定了我們所建的Si Ge HBT高頻等效噪聲模型。由于所建的噪聲模型無法直接用Verilog-A語言嵌入到仿真軟件中,所以我們在模型中引入了模型參數(shù),并利用噪聲功率譜密度矩陣對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換與近似從而得到簡潔模型。最后,用Verilog-A語言對所建的簡潔模型進(jìn)行編程,將所編的程序嵌入到仿真軟件ADS中進(jìn)行四噪聲參數(shù)的仿真,將仿真結(jié)果與基于精確物理模型計(jì)算得到的四噪聲參數(shù)結(jié)果以及常見的幾種模型的四噪聲參數(shù)仿真結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證所建簡潔模型的實(shí)用性與精確性。
【學(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN32
【部分圖文】：

西南科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 6頁能夠與結(jié)構(gòu)中的元件參數(shù)直接聯(lián)系起來，這對于器件設(shè)計(jì)來說尤為重要。而π型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是便于用測出來的 Y參數(shù)來推算出等效電路結(jié)構(gòu)中的元件參數(shù)，一般 RF 電路仿真軟件中的電路模型都是基于π模型的。SiGe HBT 小信號等效電路模型也是由兩部分構(gòu)成[24]，一個是本征部分，另一個是寄生部分。前者描述的是器件中的有源區(qū)的特性，后者則描述的是器件中的有源區(qū)到焊盤之間的特性。在圖 1-1 和圖 1-2 中，本征元件參數(shù)主要包括：基極-集電極本征電容 Cbc，基極-發(fā)射極本征電容 Cbe，基極-發(fā)射極本征電導(dǎo) gbe，小信號跨導(dǎo) gm，基極-集電極本征電阻 rμ，時間延遲τ。而電路的寄生元件參數(shù)部分主要包括：基極-集電極外部電容 Ccx，內(nèi)基極電阻 rbi，基極，集電極和發(fā)射極的寄生電阻 rbx，rc，re；基極，集電極和發(fā)射極的寄生電感 Lb，Lc，和 Le；焊盤寄生電容 Cpbc，Cpce，和 Cpbe；集電極襯底電容Ccs；基極和集電極的襯底寄生電阻 rs1，rs2；基極和集電極的襯底寄生電容Cs1，Cs2。

圖 1-2 π型小信號等效電路結(jié)構(gòu)Fig.1-2 π-type small signal equivalent circuit structure設(shè)計(jì)師會根據(jù)不同情況對這兩種電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，例如當(dāng)進(jìn)行器件設(shè)計(jì)時會選擇 T 模型，而當(dāng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時π模型更重要。我們最常見也最傳統(tǒng)的 SiGe HBT 高頻等效噪聲模型為 SPICE 模型、Transport 模型以及 Van vliet 模型這三種模型。下面我們依次對這三種模型進(jìn)行分析。1.2.2 SPICE 模型熱噪聲、散粒噪聲以及電流擁擠效應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲是構(gòu)成 SiGe HBT 高頻噪聲最主要的三個部分，而這常見的三種 SiGe HBT 高頻等效噪聲模型主要都是基于其自身的散粒噪聲。Schottky 在 1918 年首次提出了散粒噪聲的理念，他認(rèn)為它的存在主要是因?yàn)殡娮与姾傻牧Ｗ有訹25]。載流子要想越過 PN結(jié)勢壘就必須要從外界獲取能量，當(dāng)滿足這一條件時，電流脈沖噪聲就會在

圖 2-1 包含 BC-SCR 延遲效應(yīng)的 SiGe HBT 小信號等效電路圖ig.2-1 SiGe HBT Small Signal Equivalent Circuit with BC-SCR Delay Effect.2 基于修正的 Van vliet 模型的高頻等效噪聲建�，F(xiàn)存的經(jīng)典的 SiGe HBT 高頻等效噪聲 SPICE 模型、Transport 模型以及an vliet 模型中，應(yīng)用最為廣泛且精度最高的為 Van vliet 模型。但經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)測量發(fā)現(xiàn)當(dāng)電路工作在更高的頻率時現(xiàn)有的 Van vliet 模型也不再適用。在早期的晶體管中總的基極電流 Ib就被認(rèn)定為基極復(fù)合電流 IbB，所以傳的 Van vliet 模型可變?yōu)椋?14 ( ) 2B B Bib bS KT Y qI（2-1）c 224 ( ) 2 2B Bi c cS KT Y qI qI（2-2）21 21 212 ( ) 2 ( )B B B Bicib m mS KT Y Y g KT Y g （2-3）中的 Y11B，Y22B，Y21B參數(shù)為晶體管本征部分的 Y 參數(shù)。然而經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)于現(xiàn)有的高速晶體管來說，它的基極電流還與發(fā)射極有關(guān)。例如 SiGe HBT體管，它的基極電流中包含了回流到發(fā)射極的基極少量載流子，所以它的

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