InP衬底上电容和电阻的建模.pdf

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1、第26卷第5期杭州电子科技大学学报VOI.26，NO.52006年10月JOurIaIOfHaIgzhOuDiaIziUIiverSityOct.2006IIP衬底上电容和电阻的建模何丹，孙玲玲（杭州电子科技大学CAD所，浙江杭州310018）摘要：在射频集成电路中，IIP衬底的高电阻率导致了低衬底损耗以及器件和电路性能的提高。该文提出了IIP衬底上MIM电容和电阻的简单而精确的等效电路模型。测量结果与等效电路的仿真结果拟合得非常好，从而证明该文提出的模型足以准确地描述IIP衬底上MIM电容和电阻的电磁场特性。另外

2、，IIP和GaAS同属于III-IV族化合物，它们具有相似的性质，因此，该文提出的模型同样适用于GaAS衬底上的电容和电阻。关键词：射频；高电阻率；寄生效应中图分类号：TN401文献标识码：A文章编号：1001-9146（2006）05-0005-040引言对低成本射频集成电路和微波集成电路日益增长的需求导致了人们对高性能在片电容、电阻和电感的研究兴趣。因此，在过去的几年，人们对于在片电容、电阻和电感的分析、建模等方面进行了实验和［1-4］理论的研究工作。目前，对于射频集成电路主要有两种制造工艺：CMOS工艺和Ga

3、AS工艺。前者的优点在于低成本和与基带电路集成的潜力；而后者的高电阻率导致了低衬底损耗以及器件和电路性能的提高。IIP和GaAS同属于III-IV族化合物，它们具有相似的性质，因此，本文提出的模型同样适用于GaAS衬底上的电容和电阻。本文提出了IIP衬底上MIM电容和电阻的简单而精确的等效电路模型。测量结果与等效电路的仿真结果拟合得非常好，从而证明本文提出的模型足以准确地描述IIP衬底上MIM电容和电阻的电磁场特性。1等效电路模型MIM电容由两个金属板和一个介质材料层组成。通常介质材料层与一个金属层交迭，而另一个金

4、属层的面积比它的面积要小。由于没有制作电容和电阻的去嵌入结构，因此本文将建模参考面设置在两个测试管脚上，这样也就把管脚及引线上的寄生效应也考虑进来。标明了IIP衬底上电容和电阻的等效电路图如图1（a）和图1（b）所示，图1中每个元件的物理特性均被定义。射频集总模型中包含了电容、电感和电阻。每个元件的值可以通过测量所得的二端口S参收稿日期：2006-08-31基金项目：国家自然科学基金资助项目（90207007）作者简介：何丹（1981-），女，辽宁锦州人，在读研究生，电路与系统.6杭州电子科技大学学报2006年数以

5、及曲线拟合等技术而被提取。图lIDP衬底上MIM电容、电阻的等效电路图图l（a）中每个元件的意义如下：CMMIM电容的主值电容；R3MIM电容的寄生串联电阻；LlMIM电容的寄生电感；Cl（C2）输入（输出）端口的寄生电容；C3（C4）上层（下层）极板与地之间的寄生电容；Rl（R2）上层（下层）极板与地之间的寄生电阻。对于电阻的等效模型，RM表示主值电阻，Ll表示寄生电感，其他元件表示衬底中的寄生效应。2参数提取电路分析理论得到的块状图如图2所示，用来提取图l（a）和图l（b）中的电路元件。其中，Y3表示电容等效电

6、路中的RLC网络，对于电阻等效电路，Y3表示RL网络。Yl（Y3）表示绝缘层与衬底之间的寄生效应。Yl、Y2、Y3与测量的Y参数之间的关系如下：YllYl2Yl+Y3-Y3Ymeasured=[]=[]（l）Y2lY22-Y3Y2+Y3因此：Yl=Yll+Yl2{Y2=Y22+Yl2（2）Y3=-Yl2模型中每个元件的值是通过测量的二端口Y参数，曲线拟合技术以及参数优化而提取的。图2用于电路分析的块状图第5期何丹等：IDP衬底上电容和电阻的建模73模型验证为了验证给出模型的精确性，实验制作了几个IDP衬底上的MIM

7、电容和电阻，并且采用AgiieDtPNAE8363B高性能矢量网络分析仪和CascadeMicrotech空气共平面G-S-G探针测量其二端口S参数。本文提出的模型已经通过比较测量数据和模型仿真结果而得到了充分的证实。分别以一个MIM电容和一个电阻的数据作为例子来说明模型的准确性。MIM电容Sll和S2l的模型仿真与测量结果之间的对比图如图3所示。在O-2OGhz的宽频带范围内模型仿真结果与测量结果拟合得非常好。电阻Sll和S2l的模型仿真与测量结果之间的对比图如图4所示。在O-2OGhz的宽频带范围内同样拟合得很

8、好。这表明本文提出的模型足以准确地描述IDP衬底上MIM电容和电阻的电磁场特性。图3MIM电容S参数的测量与仿真结果的对比图图4电阻S参数的测量与仿真结果的对比图8杭州电子科技大学学报2006年4结论本文提出了InP衬底上MIM电容和电阻的简单而精确的等效电路模型。使用测量结果进行的验证表明两个模型分别能够在高达20GHZ的宽频段内精确模拟MIM电容和电阻。