This paper describes a parameter extraction method for HBT(Heterojunction Bipolar Transistor) equivalent circuit model without measurements of special test structures or numerical optimizations. Instead, all equivalent circuit parameters are calculated analytically from small-signal S-parameters measured under different bias conditions. These values being extracted from the cutoff mode can be used to extract intrinsic parameters at the active mode. This method yields a deviation of about 1.3 % between the measured and modeled S-parameters.
We report the experimental resutls on AlGaAs/GaAs heterojunction bipolar transistors (HBTs) with carbon-doped base structure. To characterize the output power, load-pull mehtod was employed. By characterizing the devices with HP8510C, we extracted the small-signal equivalent circuit. The HBTs were fabricated employing wet mesa etching and lift-off process of ohmic metals. the implementation of polyimide into the fabriction process was accomplished to obtain the lower dielectric constant resultig in significant reduction of interconnect routing capacitance. The fabricated HBTs with an emitter area of 6${\times}14{\mu}m^{2}$ exhibited current gain of 45, BV$_{CEO}$ of 10V, cut-off frequency of 30GHz and power gain of 1 3dBm. To extract the small signal equivalent circuit, the de-embedded method was applied for parasitic parameters and the calculation of circuit equations for intrinsic parameters.
CDTA는 전류모드로 아날로그 신호처리를 수행하는 능동회로로써 높은 선형성과 넓은 주파수 대역폭을 갖는 장점을 가지고 있다. 또한 입력 차동전류가 모두 접지된 임피던스 소자로 흐르게 되어 안정적인 동작을 수행하도록 한다. 본 논문에서는 CDTA를 해석하기 위해 새로운 소신호 등가회로를 제안한다. 제안된 소신호 등가회로는 입력과 내부단자 및 출력단자의 기생성분이 고려되어 크기 및 주파수 특성이 기존회로보다 정밀하게 분석될 수 있다. 제안된 소신호 회로를 활용하여 다양한 파라미터의 변화에 의하여 특성변동을 관찰한 결과, 저항(Rz) 등 특정한 값이 CDTA의 특성에 큰 영향을 주게 되는 것도 확인되었다. 본 논문에서 검증된 소신호 등가회로의 설계 파라미터는 CDTA 아날로그 회로와 그 응용회로를 설계하는데 편리성과 정확성을 제공할 수 있음을 보였다. 본 논문에서 제안된 CDTA 소신호등가회로를 이용하여 2.5MHz 저역통과 필터를 설계하였고 HSPICE 시뮬레이션을 통하여 그 유용성을 검증하였다.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제12권4호
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pp.377-387
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2012
An intrinsic small signal equivalent circuit model of Cylindrical/Surrounded gate MOSFET is proposed. Admittance parameters of the device are extracted from circuit analysis and intrinsic circuit elements are presented in terms of real and imaginary parts of the admittance parameters. S parameters are then evaluated and justified with the simulated data extracted from 3D device simulation.
Accurate equivalent circuit modeling using multi-circuit optimization has been perfomred for detemining small-signal model of AlGaAs/GaAs HBTs. Three equivalent circuits for a cutoff biasing and two active biasing at different curretns are optimized simultaneously to fit gheir S parameters under the physics-based constrain that current-dependent elements for one of active circuits are connected to those for another circit multiplied by the ratio of two currents. The cutoff mode circuit and the physical constrain give the advantage of extracting physically acceptable parameters, because the number of unknown variables. After this optimization, three ses of optimized model S-parameters agree well with their measured S-parameters from 0.045 GHz to 26.5GHz.
본 논문에서는, cold-HEMT의 게이트에 핀치오프 전압보다 약간 낮은 전압을 가함으로써 게이트 손상문제로부터 자유로우며 부가적인 DC 측정을 필요로 하지 않는 새로운 HEMT 소신호 모델링 방법을 제시한다. 제시된 방법에 의해서 모델링된 회로의 S-파라미터 이론치는 49개의 동작 바이어스점에서 측정치와 62GHz까지 뛰어난 일치를 보였다.
본 논문에서는 능동 클램프 풀브릿지 Boost 컨버터에 관한 DC 모델링과 AC 모델링 과정에 대하여 기술한다. 동작 원리로부터 이 컨버터의 교류 부분을 등가의 직류 부분으로 바꾸고 반도체 스위치를 재배치하여 개념적인 등가 회로가 유도된다. 유도된 등가회로는 CCM(Continuous conduction mode) Boost 컨버터와 DCM(Discontinuous conduction mode) Buck 컨버터로 표현된다. 유도된 등가회로의 각 스위치 부분을 PWM 스위치 모델로 대체하여 DC 모델 및 AC 모델이 완성된다. 이론적인 DC 및 AC 모델링 결과는 실험이나 SIMPLIS 시뮬레이션을 통해 검증된다.
본 논문에서는 NQS(non-quasi-static)효과를 고려한 FD(fully depleted)-SOI(silicon-on-insulator) MOSFETs의 고주파 소신호 모델링을 위한 등가회로 변수들을 간단하고 정확히 추출하는 방법을 제시하였다. 제시된 추출방법은 임피던스와 어드미턴스 행렬계산으로 S-파라미터의 측정 결과로부터 MOSFET의 외부 기생용량과 기생저항을 제거하여 물리적인 특성을 바탕으로 한 MOSFET의 내부등가회로변수가 간단히 추출되어진다. 제시된 방법으로 등가 회로를 구한 후 Y-파라미터를 계산하여 측정치와 비교한 결과 500MHz부터 200Hz까지 잘 일치함을 확인하였다.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권6호
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pp.768-776
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2014
Using a simplified high-frequency small-signal equivalent circuit model for BSIM3 MOSFET, the fully differential two-stage folded-cascode CMOS operational amplifier is analyzed to obtain its small-signal voltage transfer function. As a result, the expressions for dc gain, five zero frequencies, five pole frequencies, unity-gain frequency, and phase margin are derived for op amp design using design equations. Then the analysis result is verified through the comparison with Spice simulations of both a high speed op amp and a low power op amp designed for the $0.13{\mu}m$ CMOS process.
본 논문에서는 package된 BJT의 RF 등가회로 모델을 optimization과정 없이 직접 추출하는 방법을 개발하였다. 먼저, open 과 short package 구조를 사용하여 plastic package의 기생성분을 측정된 S-파라미터로부터 정확히 제거하였다. 이와 같이 package do-embedding된 S-파라미터로부터 package lead와 chip pad 사이의 bonding wire 인덕턴스와 chip pad 캐패시턴스를 직접 추출하는 간단한 방법을 구축하였다. 그 후에 내부 BJT소자의 소신호 모델변수들은 RF 등가회로로부터 유도된 Z나 Y-파라미터 방정식을 이용하여 결정하였다. 이 방법으로 모델화된 packaged BJT의 S-파라미터는 측정 데이터와 아주 잘 일치하였으며 이는 새로운 추출방법의 정확성을 증명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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