[发明专利]氮化镓高电子迁移率晶体管小信号模型参数提取方法

说明书

本发明公开了一种基于氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的高效率小信号等效电路模型参数提取方法，属于功率器件领域。本发明方法针对传统参数提取方法中存在的误差累计问题，基于GaN HEMT 20元件小信号模型，提出了一种迭代算法，并于Matlab中编程实现。该算法在迭代过程中，每次使用比前一次更准确的元件值进行计算，可使结果趋向最优解。与传统的参数提取方法相比，本发明方法通过运行一次Matlab程序，即可准确拟合GaN HEMT器件在全偏置下的S参数，从而得到等效电路模型中的所有参数，极大减少了参数提取过程中的人力劳动，大大提高了器件建模的效率。

技术领域

本发明属于功率器件领域，特别涉及基于氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的小信号等效电路模型参数提取方法。

背景技术

氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)由于其高频、高功率等特性，在微波电路中的应用日益广泛。由于GaN HEMT需工作于高温、高功率条件下，因此大信号等效电路模型是使用GaN HEMT进行微波电路设计的基础。在自下而上(bottom up)的建模方法中，准确的小信号模型是建立大信号模型的前提，因此小信号模型是器件建模过程中的重要环节。

由于GaN HEMT器件具有很大的接触电阻，因此第一代半导体(硅)和第二代半导体(砷化镓、磷化铟等)器件的小信号模型并不能直接应用于GaN HEMT器件。国际上对GaNHEMT器件小信号模型的研究始于20世纪90年代末。小信号模型的参数提取是小信号建模的核心部分。目前主流的小信号模型参数提取方法首先通过漏极-源极短路时的“冷场”(ColdFET)S参数提取出与偏置无关的寄生参数，然后对晶体管工作范围内所有偏置点的S参数去嵌，提取本征参数。本征参数的精确度直接依赖于寄生参数的精确度，所以寄生参数的提取尤为重要。

图1所示为GaN HEMT 20元件等效电路模型，其中Cpgi，Cpdi和Cgdi表示极间电容和空气桥电容；Cpga，Cpda和Cgda表示pad连接、探针与设备的接触电容；Lg，Ld，Ls表示寄生电感，Rg，Rd，Rs表示寄生电阻，等效电路的物理意义明确。目前主流的参数提取方法多采用了G.Dambrine等人提出的去嵌技术[G.Dambrine,A.Cappy,F.Heilodore,and E.Playez,“Anew method for determining the FET small-signal equivalent circuit,”IEEETrans.Microwave Theory Tech.,vol.36,no.7,pp.1151-1159,Jul.1988]，例如GiovanniCrupi等人发表的论文：Giovanni Crupi,Dongping Xiao,et al.,“Accurate multibiasequivalent-circuit extraction for GaN HEMTs,”IEEE Trans,Microwave TheoryTech.,vol.54,no.10,pp.3616-3622,Oct.2006.以及G.Crupi等人发表的论文：G.Crupi,A.Raffo,D.M.M.-P.Schreurs,G.Avolio,V.Vadalà,S.Di Falco,A.Caddemi,andG.Vannini,“Accurate GaN HEMT non-quasi-static large-signal model includingdispersive effects,”Microwave and Optical Technology Letters,vol.53,no.3,pp.692-697,Mar.2011。