用模拟退火算法从S参数提取HFET小信号等效电路模型参数.pdf

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1、第22卷第1期半导体学报VOl.22NO.12001年1月HINESEJOURNALOFSEMIONDUTORSJan.2001=================================================================用模拟退火算法从S参数提取HFET小信号等效电路模型参数陈俊刘训春(中国科学院微电子研究和发展中心北京100029D摘要:微波集成电路和微波器件的设计需要准确地提取HFET的小信号等效电路模型参数.采用带回火的模拟退火算法从S参数提取HFET小信号等效电路模型参数得到了高质量的解.计算结果是全局最优解摆脱了初始值的影响

2、并且克服了局部优化算法遇到的不收敛或收敛到错误解的问题.利用测量得到的栅电阻计算结果的精度可以进一步提高.这个算法同样也适用于HBT~电容和电感等器件模型参数的提取.关键词:参数提取;模拟退火算法;HFET;S参数;小信号等效电路EEACC:1350F;2560B;2560S中图分类号:TN402文献标识码:A文章编号:0253-4177(2001D01-0079-041引言由于可以制造出截止频率和最高振荡频率高达几百GHz的HFET因此它在微波和毫米波集成电路以及高速集成电路中得到广泛的应用.在这些集成电路的设计中精确的HFET器件模型是保证电路设计成功的关键.目前大多

3、数微波集成电路AD设计软件如MicrOwaveOfficeTM~HPAdvanced图113个元件的HFET的小信号等效电路模型TMDesignSystem都包含有HFET小信号等效电路FIG.1SmallSignalEguivalentircuitfOrHFET模型.一个典型的具有13个元件的小信号等效电路模型如图1所示.量包括直流特性测量和微波S参数测量.直流特性HFET的小信号等效电路模型主要用于微波线测量只能得到HFET的电阻~跨导参数[1]而电容~性电路的设计尤其是前级放大器的设计.HFET非电感等参数不能通过简单的测量手段获得.另外直线性模型的建立常常也需要确

4、定不同偏压条件下的流工作条件下的跨导值并不等于在RF工作条件下小信号等效电路参数.另一方面由于绝大多数小信的值.因此实际工作中确定HFET小信号等效电号等效电路模型参数与器件的结构和制作工艺有密路模型参数用的还是从S参数提取的方法.切的关系因此准确地获取小信号等效电路参数对已经报道的从S参数提取小信号等效电路的于验证器件设计~优化工艺条件也是大有帮助的.方法大致可以分为两类.一类是解析公式直接提取直接从材料特性~工艺条件和器件工作状态精的方法[2];另一类是基于优化数据拟合的方法.直接确确定模型参数很困难因此通过实验测量来获得提取的方法费时少可以得到确定~惟一的解.但是模

5、型参数是比较实用的方法.HFET的电学性能测陈俊1973年出生博士生研究兴趣是化合物半导体器件和微波单片集成电路.刘训春1943年出生研究员研究兴趣是化合物半导体器件和高密度等离子体刻蚀技术.1999-08-04收到1999-10-27定稿Oc2001中国电子学会8O半导体学报22卷它容易受到测量精度以及等效电路模型准确性的影题这个算法也可以用于处理连续优化的问题.针对响.而且由于直接提取的方法仅使用一个或几个频HFET小信号等效电路模型参数提取问题我们采率点因此不能保证在全部频率范围内模型参数的用了带有记忆功能和回火退火功能的模拟退火算一致性.要改善在全部频率范围内的表

6、现还是需要法.算法的方框图如图2所示.一个额外的优化过程.基于优化的方法受测量误差的影响较小可以得到比直接提取的方法更为准确的参数值.但是目前发表的优化过程大部分采用的是局部优化算法得到的解依赖于初始值的选取有时还会得到不符合实际和离真实值相差较大的错误解.针对这个问题KOncOh最近提出一种改进的优化算法[3]减弱了优化结果对初始值的依赖性.经过VanNiekerk等人的改进[45]这个算法具有了更好的适应性但是仍有约lO%的结果不收敛或收敛于错误的解.事实上由于这个改进的算法仍然是局部优化算法因此很难彻底消除错误解的情况.如果采用模拟退火算法~神经网络~遗传算法这些全

7、局优化算法错误解的问题自然就避免了.本文提出一种用模拟退火算法从S参数提取HEMT小信号等效电路参数的方法.由于模拟退火算法是一种全局优化算法因此初始值的选取不再对最终解产生影响.并且最终解是全局最优的.z算法实现Kirkpatrick根据固体退火过程和组合优化问图2模拟退火算法提取HFET参数方框图题之间的类似性在l982年把固体退火模拟中的FIG.2FlOWchartfOrExtractingparametersOfMetrOpOlis准则引入到优化过程取得了显著的成HFETUsingsimulatecAnnealingA