CN101446606A - 双极型晶体管结电容测试电路及测试方法 - Google Patents

双极型晶体管结电容测试电路及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双极型晶体管结电容测试电路，将双极型晶体管的发射极直接接地，将双极型晶体管的基极接为2端口网络的端口1，将双极型晶体管的集电极接为2端口网络的端口2。本发明还公开了基于上述电路的两种双极型晶体管结电容测试方法。因为本发明采用简单的电路结构和高频参数的计算方法相结合，可以针对10e－15法拉级的微小结电容，有效提高测试精度和数据的可靠性。

Description

双极型晶体管结电容测试电路及测试方法
技术领域
本发明涉及一种双极型晶体管结电容测试电路。本发明还涉及基于上述电路的双极型晶体管结电容测试方法。
背景技术
双极型晶体管是现代半导体集成电路中所采用的重要器件之一，特别是在射频集成电路的应用中。但该器件结电容的测定，有较大的难度。其主要原因在于：单体的双极型晶体管版图尺寸一般偏小，其相应的结电容往往在10e-15法拉数量级，因此，采用普通电容计测试所得的数值误差较大。为解决这一问题，人们往往会用并联器件的方法来人为地增加电容数值，但这种方法会增加测试芯片的面积，同时又会人为地引入连线的寄生效应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双极型晶体管结电容测试电路，它可以针对10e-15法拉级的微小结电容，有效提高测试精度和数据的可靠性。为此，本发明还要提供基于上述电路的双极型晶体管结电容测试方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种双极型晶体管结电容测试电路，将双极型晶体管的发射极直接接地，将双极型晶体管的基极接为2端口网络的端口1，将双极型晶体管的集电极接为2端口网络的端口2。
本发明还提供了一种基于上述电路的双极型晶体管结电容测试方法，包括如下步骤：
(1)在双极型晶体管的基极端加一个从负压到+0.7伏的扫描电压；
(2)在双极型晶体管的集电极端加一个0V的电压；
(3)选定10GHz为测试频率，测2端口网络的两个端口之间的Y参数，Y参数包括：端口2短路时端口1所对应的输入导纳Y11、端口1短路时端口2到端口1所对应的转移导纳Y12和端口2短路时端口1到端口2所对应的转移导纳Y21；
(4)计算双极型晶体管结电容。
本发明还提供了另一种双极型晶体管结电容测试方法，包括如下步骤：
(1)在双极型晶体管的基极端加一个0伏的电压；
(2)在双极型晶体管的集电极端加一个0伏的电压；
(3)扫描一组1GHz～20GHz的频率，测2端口网络的两个端口之间的Y参数，Y参数包括：端口2短路时端口1所对应的输入导纳Y11、端口1短路时端口2到端口1所对应的转移导纳Y12和端口2短路时端口1到端口2所对应的转移导纳Y21；
(4)计算各频率下的双极型晶体管结电容，得出零偏压情况下的双极型晶体管结电容与频率变化的关系。
因为本发明采用简单的电路结构和高频参数的计算方法相结合，可以针对10e-15法拉级的微小结电容，有效提高测试精度和数据的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是两端口网络的结构示意图。
具体实施方式
本发明的双极型晶体管结电容测试电路，是将双极型晶体管的发射极直接接地，将双极型晶体管的基极接为2端口网络的端口1，将双极型晶体管的集电极接为2端口网络的端口2。
根据上述电路，本发明的一种双极型晶体管结电容测试方法，包括如下步骤：
(1)在双极型晶体管的基极端加一个从负压到+0.7伏的扫描电压。
(2)在双极型晶体管的集电极端加一个0V的电压；
(3)确定测试频率为10GHz，测2端口网络的两个端口之间的Y参数，Y参数包括Y11、Y12和Y21。其中Y11代表端口2短路时，端口1所对应的输入导纳；Y12代表端口1短路时，端口2到端口1所对应的转移导纳；Y21代表端口2短路时，端口1到端口2所对应的转移导纳。
选取测试频率为10GHz，主要考虑测试精度与数据稳定度的平衡。
(4)计算双极型晶体管结电容。
如图1所示为一个典型的2端口网络，根据高频网络理论，其中，A，B，C支路的导纳值均可由2端口网络的Y参数推导而得。因此将双极型晶体管发射结电容定义为Cje，而双极型晶体管集电结电容定义为Cjc，那么，Cje是支路A的导纳虚部，Cjc是支路B的导纳虚部，则有：
2π*freq*Cje＝Imag(Y11+Y12)            (1)
2π*freq*Cjc＝-Imag((Y21+Y12)/2)       (2)
以上2个公式中，freq为高频测试的频率，Imag()为一个复数的虚部，Y11，Y12，Y21分别为步骤(3)所得的高频测试所得到的Y参数。
根据公式(1)和(2)可以计算出双极型晶体管发射结电容Cje和双极型晶体管集电结电容Cjc。
本发明还提供了另一种双极型晶体管结电容测试方法，包括如下步骤：
(1)在双极型晶体管的基极端加一个0伏的电压；
(2)在双极型晶体管的集电极端加一个0伏的电压；
(3)扫描一组1GHz～20GHz的频率，测2端口网络的两个端口之间的Y参数，所述Y参数包括：端口2短路时端口1所对应的输入导纳Y11、端口1短路时端口2到端口1所对应的转移导纳Y12和端口2短路时端口1到端口2所对应的转移导纳Y21。
(4)计算各频率下的双极型晶体管结电容，得出零偏压情况下的双极型晶体管结电容与频率变化的关系。
本方法中，计算各频率下的双极型晶体管结电容的具体方法同前述第一种方法，将双极型晶体管发射结电容定义为Cje，双极型晶体管集电结电容定义为Cjc，那么根据图1所示的2端口网络，Cje是支路A的导纳虚部，Cjc是支路B的导纳虚部，则计算公式为：
2π*freq*Cje＝Imag(Y11+Y12)            (1)
2π*freq*Cjc＝-Imag((Y21+Y12)/2)        (2)
其中，freq为高频测试的频率，Imag()为一个复数的虚部，Y11，Y12，Y21分别为步骤(3)所得的高频测试所得到的Y参数。
根据公式(1)和(2)即可以计算出各频率下的双极型晶体管发射结电容Cje和双极型晶体管集电结电容Cjc。并且可以明显的看出零偏压情况下的双极型晶体管结电容与频率变化的关系，由此10GHz零偏压情况下时的数据可方便地从1GHz～20GHz零偏压情况下的双极型晶体管结电容与频率变化的关系中得到。然后，可进行方法1和方法2相对应的数据比较。
本发明的两种双极型晶体管结电容测试方法得到的结电容值可以相互验证，有效提高了对双极型晶体管结电容测试的精度和准确度。

Claims (5)

1、一种双极型晶体管结电容测试电路；其特征在于，将双极型晶体管的发射极直接接地，将双极型晶体管的基极接为2端口网络的端口1，将双极型晶体管的集电极接为2端口网络的端口2。
2、一种双极型晶体管结电容测试方法；其特征在于，包括如下步骤：
(1)在双极型晶体管的基极端加一个从负压到+0.7伏的扫描电压；
(2)在双极型晶体管的集电极端加一个0V的电压；
(3)选定10GHz为测试频率，测2端口网络的两个端口之间的Y参数，所述Y参数包括：端口2短路时端口1所对应的输入导纳Y11、端口1短路时端口2到端口1所对应的转移导纳Y12和端口2短路时端口1到端口2所对应的转移导纳Y21；
(4)根据步骤(3)所得的Y参数计算双极型晶体管结电容。
3、如权利要求2所述的双极型晶体管结电容测试方法；其特征在于，步骤(4)所述的双极型晶体管结电容包括双极型晶体管发射极结电容和双极型晶体管集电极结电容，其计算按以下公式：
2π*freq*Cje＝Imag(Y11+Y12)；
2π*freq*Cjc＝-Imag((Y21+Y12)/2)；
其中，freq为所述的测试频率，Cje为所述的双极型晶体管发射极结电容，Cjc为双极型晶体管集电极结电容，Imag()函数为取一个复数虚部的函数。
4、一种双极型晶体管结电容测试方法；其特征在于，包括如下步骤：
(1)在双极型晶体管的基极端加一个0伏的电压；
(2)在双极型晶体管的集电极端加一个0伏的电压；
(3)扫描一组1GHz～20GHz的频率，测不同频率下2端口网络的两个端口之间的Y参数，所述Y参数包括：端口2短路时端口1所对应的输入导纳Y11、端口1短路时端口2到端口1所对应的转移导纳Y12和端口2短路时端口1到端口2所对应的转移导纳Y21；
(4)根据步骤(3)所得的Y参数计算各频率下的双极型晶体管结电容，得出零偏压情况下的双极型晶体管结电容与频率变化的关系。
5、如权利要求4所述的双极型晶体管结电容测试方法；其特征在于，步骤(4)所述的双极型晶体管结电容包括双极型晶体管发射极结电容和双极型晶体管集电极结电容，其计算按以下公式：
2π*freq*Cje＝Imag(Y11+Y12)；
2π*freq*Cjc＝-Imag((Y21+Y12)/2)；
其中，freq为所述的测试频率，Cje为所述的双极型晶体管发射极结电容，Cjc为双极型晶体管集电极结电容，Imag()函数为取一个复数虚部的函数。
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