石墨烯高頻特性模型及其參數提取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電化學領域，具體涉及一種石墨烯高頻特性模型及其參數提取方法。
【背景技術】
[0002] 由于石墨烯優良的特性，逐漸被電化學領域的人員關注。但現有技術中缺少對石 墨烯的高頻特性進行建模以及提參的方法。
【發明內容】
[0003] 本發明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0004] 為此，本發明的第一個目的在于提出一種石墨烯高頻特性模型。
[0005] 本發明的第二個目的在于提出一種石墨烯高頻特性模型的參數提取方法。
[0006] 為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種石墨烯高頻特性模型，包括:石墨 烯本征模型，所述石墨烯本征模型包括四個本征單元，四個所述本征模型單元之間串聯，每 個所述本征模型單元均包括第一石墨烯體電阻、第一石墨烯動能電感和第一量子電容，所 述第一石墨烯體電阻和所述第一石墨烯動能電感串聯;第一金屬接觸模型，包括第一接觸 電阻和第一結電容，所述第一接觸電阻和所述第一結電容并聯，所述第一接觸電阻和所述 第一結電容并聯的節點與四個串聯的所述本征單元的一端處的本征單元連接;第二金屬接 觸模型，包括第二接觸電阻和第二結電容，所述第二接觸電阻和所述第二結電容并聯，所述 第二接觸電阻和所述第二結電容并聯的節點與四個串聯的所述本征單元的另一端處的本 征單元連接;接地耦合模型，所述接地耦合模型包括三個接地耦合單元，每個所述接地耦合 單元包括第一等效電容、第二等效電容、第三等效電容和第一等效電阻，其中，所述第一等 效電容通過所述第一量子電容連接在兩個相鄰的所述本征單元之間的節點上，所述第三等 效電容和所述第一等效電阻并聯，所述第三等效電容和所述第一等效電阻并聯的節點通過 第二等效電容連接在兩個相鄰的所述本征單元之間的節點上；以及兩端耦合模型，所述兩 端耦合模型包括第四等效電容、第五等效電容和第二等效電阻，其中，所述第四等效電容與 所述第一接觸電阻和所述第一結電容并聯的節點連接，所述第五等效電容和所述第二等效 電阻并聯，所述第五等效電容和所述第二等效電阻并聯的一端與所述第四等效電容連接， 另一端與所述第二接觸電阻和所述第二結電容并聯的節點連接。
[0007] 根據本發明實施例的石墨稀高頻特性模型，能準確地反映石墨稀的高頻特性、親 合特性。
[0008] 為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種石墨烯高頻特性模型的提參方 法，包括上述石墨稀高頻特性模型和石墨稀本體，分別對石墨稀本體進行測試，對石墨稀高 頻特性模型進行仿真，得到表征所述石墨烯高頻特性模型和所述石墨烯本體的高頻特性的 參數，所述參數包括Y參數、等效電感和等效電阻，并求出所述石墨烯高頻特性模型和所述 石墨烯本體的對應參數之間的差值;采用群智能優化算法，調整所述石墨烯高頻特性模型 中的元件參數，直至所述差值達到最小值，或小于預設的閾值，其中，最終差值對應的所述 石墨烯高頻特性模型中的元件參數就是所述石墨烯高頻特性模型最終的元件參數。所述分 別對所述石墨稀本體進行測試，對所述石墨稀高頻特性模型進行仿真，得到所述石墨稀高 頻特性模型和所述石墨烯本體的表征高頻特性的參數間的差值通過以下公式得到：
[0009]
[0010] 其中，y12代表所述石墨烯本體和所述石墨烯高頻特性模型的Y參數中的Y12部分， Ll2代表所述石墨稀本體和所述石墨稀高頻特性模型的等效電感，Rl2代表所述石墨稀本體 和所述石墨稀高頻特性模型的等效電阻，下標s im代表模型仿真得到的參數，下標measure 代表石墨烯測試得到的參數，下標i和j分別代表第i個和第j個頻率點出的參數值，α為yl2 部分差值對整體差值的貢獻加權值，β為等效電感差值和等效電阻差值對整體差值的貢獻 加權值，α和β均大于等于0小于等于1。
[0011] 本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0012] 本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0013] 圖1是本發明一個實施例的石墨烯高頻特性模型的電路示意圖；
[0014] 圖2是本發明一個實施例的石墨烯高頻特性模型的提參方法的流程圖。
[0015] 圖3A-3C是本發明一個實施例的石墨烯高頻特性模型的建模結果圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0017]在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"等指示的方位或位置關系為 基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對 本發明的限制。此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對 重要性。
[0018] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可 以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是 兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本 發明中的具體含義。
[0019] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述 和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發明的 實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。
[0020] 以下結合附圖描述根據本發明實施例的石墨烯高頻特性模型。
[0021] 圖1是本發明一個實施例的石墨烯高頻特性模型的電路示意圖。請參考圖1，石墨 烯高頻特性模型包括石墨烯本征模型、第一金屬接觸模型、第二金屬接觸模型、接地耦合模 型和兩端耦合模型。
[0022] 石墨烯本征模型，所述石墨烯本征模型包括四個本征單元，四個所述本征模型單 元之間串聯，每個所述本征模型單元均包括第一石墨烯體電阻Rc、第一石墨烯動能電感U和 第一量子電容C q。所述第一石墨烯體電阻和所述第一石墨烯動能電感串聯。本征模型分為 四段，用三個第一量子電容Cq代表石墨烯量，是由于石墨烯尺寸較大，在頻率很高時，需要 考慮分布式效應，將模型分為兩段不夠充分，而且不能簡單用一個等效電容代替整體電容； 將模型分為四段，且用三個電容分別代表石墨烯量子電容，能更準確的反映石墨烯的高頻 特性，具體來看，就是模型仿真結果與測試結果能更好地擬合。
[0023]第一金屬接觸模型，包括第一接觸電阻Rc和第一結電容Cc。第一接觸電阻Rc和第一 結電容Cc并聯的節點與四個串聯的本征單元的一端處的本征單元連接。
[0024]第二金屬接觸模型，包括第二接觸電阻Rc和第二結電容Cc。第二接觸電阻Rc和第二 結電容Cc并聯的節點與四個串聯的本征單元的另一端處的本征單元連接。
[0025] 接地耦合模型包括三個接地耦合單元，每個所述接地耦合單元包括第一等效電容 CE、第二等效電容Cl、第三等效電容C2和第一等效電阻Rsl。第一等效電容Cl通過第一量子電 容Cq連接在兩個相鄰的本征單元之間的節點上。第三等效電容C2和第一等效電阻Rsl并聯， 第三等效電容C2和第一等效電阻Rsl并聯的節點通過第二等效電容Cl連接在兩個相鄰的本 征單元之間的節點上。
[0026] 具體地，第一等效電容Ce代表石墨烯與金屬地通過空氣耦合形成的等效電容，第 二等效電容Cl代表石墨烯與襯底耦合形成的等效電容，第三等效電容C2代表襯底與金屬地 耦合形成的等效電容，第一等效電阻Rsl代表石墨烯對應襯底位置與金屬地對應襯底位置 之間的等效電阻。通過上述結構，一方面，石墨烯與金屬地之間通過空氣有耦合，石墨烯與 金屬地之間通過襯底也有耦合用CE描述石墨烯與金屬地通過空氣的耦合，用Cl，C2，Rsl描 述石墨稀與金屬地通過襯底的親合，能更準確地反映石墨稀的高頻寄生情況;另一方面，石 墨烯尺寸較大，在頻率很高時，需要考慮分布式效應，簡單將石墨烯與金屬地的耦合等效為 一個電阻電容網絡（文章模型中