表面通道型混頻肖特基二極管三維電磁仿真模型建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及肖特基二極管三維電磁仿真模型，具體為一種表面通道型混頻肖特基二極管三維電磁仿真模型建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1938年德國物理學(xué)家Walter H.Schottky首次提出了基于金屬-半導(dǎo)體結(jié)的多數(shù)載流子器件一肖特基勢皇結(jié)構(gòu)，后來肖特基二極管便被廣泛應(yīng)用于混頻器。
[0003]目前，應(yīng)用于太赫茲頻段混頻器的肖特基二極管主要有觸須接觸式肖特基二極管和平面肖特基二極管。觸須接觸式二極管難以重復(fù)制作、可靠性差，但與平面二極管相比寄生參量小；平面肖特基二極管可靠性好、電路設(shè)計相對容易；為增加功率容量，可被制作成陣列或者平衡式結(jié)構(gòu)以滿足不同電路結(jié)構(gòu)的需要，使用較為廣泛。
[0004]傳統(tǒng)的微波毫米波混頻器設(shè)計方法中，應(yīng)用最為廣泛的為基于二極管性能提取的二極管線性SPICE參數(shù)等效電路模型。在微波毫米波頻段，由于二極管的封裝尺寸遠小于波長，其封裝幾乎不會影響場分布，因此不同工作頻率下二極管提取的SPICE參數(shù)未發(fā)生劇烈變化，二極管SPICE參數(shù)線性等效電路模型可認為是準(zhǔn)確的。然而隨著頻率上升至太赫茲頻段，由于頻率的急劇升高使得波長驟減，然而由于二極管制作工藝的限制，二極管封裝尺寸減小幅度空間有限，遠低于工作頻率上升的幅度。此時二極管的封裝已影響到電路的場分布，傳統(tǒng)的二極管SPICE參數(shù)等效電路模型在太赫茲頻段存在缺陷。于是需要建立二極管三維電磁仿真模型對其SPICE參數(shù)在太赫茲頻段的缺陷進行彌補。
[0005]2004年，B.Thomas等人，開展了反向并聯(lián)二極管三維建模研究，在模型中考慮了寄生參量的影響，以后的二極管三維模型大都以此為基礎(chǔ)。通常計算二極管模型參數(shù)時主要關(guān)注三維模型中二極管陽極的參數(shù)及各物理層的尺寸，由相關(guān)理論以及1-V曲線得到二極管等效電路模型，為使二極管等效電路模型與三維電磁仿真模型聯(lián)系起來，于是在三維模型中放置波端口以連接三維仿真模型與等效電路模型。
[0006]目前所用的表面通道型混頻肖特基二極管三維電磁仿真模型建立方式是先建立肖特基二極管單管的層次化結(jié)構(gòu)模型，主要確定材料、尺寸、形狀等參數(shù)，然后使用特定材料模擬與傳輸線的連接，為模擬能量在二極管三維模型中的流動在靜態(tài)物理模型的基礎(chǔ)上于二極管陽極探針處設(shè)置一個波端口，若使用并聯(lián)二級管對形式，則兩個陽極探針與兩個傳輸線端口共同構(gòu)成一個4端口模型。當(dāng)此三維模型與電磁場非線性電路仿真結(jié)合的時候就出現(xiàn)了三維模型端口數(shù)與電路拓撲結(jié)構(gòu)端口數(shù)不相等情況，所用的解決方式是引入接地回路，即在電路中使二極管一端連接三維仿真模型陽極處設(shè)置的端口，另一端接地。雖然以上設(shè)置得到的結(jié)果被認為與實物結(jié)果較接近，但在實際電路中并不存在接地回路，而二極管三維模型中又缺少了針對二極管陰極設(shè)置的端口 ；所以實際的二極管、二極管三維電磁仿真模型、二極管電路仿真拓撲結(jié)構(gòu)三者不能很好的聯(lián)系在一起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對【背景技術(shù)】的缺陷提供一種表面通道型混頻肖特基二極管三維電磁仿真模型建模方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1.根據(jù)表面通道型平面二極管技術(shù)的肖特基二極管經(jīng)典物理構(gòu)成模型，并對比真實表面通道型平面二極管結(jié)構(gòu)建立二極管層次結(jié)構(gòu)物理模型；
[0009]步驟2.根據(jù)二極管裝配工藝在三維模型仿真軟件中模擬安裝二極管于傳輸線上，采用電磁場仿真軟件HFSS建立二極管模型并采取反向倒貼的安裝方式將二極管固定于懸置微帶線上，形成反向并聯(lián)封裝結(jié)構(gòu)平面肖特基二極管模型；
[0010]步驟3.根據(jù)傳輸線和二極管結(jié)構(gòu)設(shè)置各波端口，在反向并聯(lián)封裝結(jié)構(gòu)平面肖特基二極管模型兩端分別設(shè)置傳輸線端口，并分別設(shè)置反向并聯(lián)封裝結(jié)構(gòu)平面肖特基二極管中兩個管芯的波端口，每個管芯波端口設(shè)置為:陽極波端口設(shè)置于陽極結(jié)所在平面，波端口封閉并環(huán)繞陽極探針，陰極波端口與陽極波端口設(shè)置于同一平面，根據(jù)二極管形狀，選取與二極管陽極探針相鄰的歐姆接觸面邊沿，采用緊貼該邊沿的長條帶模擬二極管陰極波端口 ；波端口電場設(shè)置為:
[0011 ] 陽極波端口電場方向由內(nèi)徑指向外徑，陰極波端口電場方向由波端口外邊沿指向波端口內(nèi)邊沿；或者，陽極波端口電場方向由外徑指向內(nèi)徑，陰極波端口電場方向由波端口內(nèi)邊沿指向波端口外邊沿；
[0012]步驟4.將步驟3設(shè)置好的模型參數(shù)與電路仿真參數(shù)結(jié)合得到三維電磁仿真模型，采用電磁場仿真軟件ADS與步驟3中HFSS三維模型相關(guān)聯(lián)，其中，ADS中二極管SPICE參數(shù)模型的陽極和陰極與HFSS三維模型中的各二極管陽極和陰極一一對應(yīng)。
[0013]本發(fā)明提供一種表面通道型混頻肖特基二極管的三維電磁仿真模型建模方法，該方法中每個二極管管芯單獨設(shè)置一個陽極波端口和一個陰極波端口，這種波端口設(shè)置的方式去掉了電路仿真中的二極管接地回路，使實際二極管，二極管三維電磁仿真模型，二極管電路SPICE參數(shù)模型三者保持一致，相較于現(xiàn)有模型更接近實際工作情況；并且本發(fā)明建模方法中二極管波端口形狀及尺寸能夠根據(jù)二極管結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，使得本發(fā)明該建模方法適用于200GHZ-500GHZ多種表面通道型混頻肖特基二極管。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1中三維電磁仿真模型的傳輸線端口設(shè)置示意圖。
[0015]圖2為實施例1中三維電磁仿真模型的二極管波端口設(shè)置示意圖。
[0016]圖3為實施例1中三維電磁仿真模型的二極管波端口電場方向示意圖。
[0017]圖4為實施例1中三維電磁仿真模型建模仿真電路圖。
[0018]圖5為實施例2中三維電磁仿真模型的二極管波端口設(shè)置示意圖。
[0019]圖6為實施例3中三維電磁仿真模型的二極管波端口設(shè)置示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0021]實施例1
[0022]本實施例中提供一種表面通道型混頻肖特基二極管的三維電磁仿真模型建模方法，建模步驟及使用方法如下:
[0023]步驟1:根據(jù)表面通道型平