[发明专利]GaN MIS-HEMT大信号PSPICE模型的建模方法及模型

说明书

一种GaN MIS‑HEMT大信号PSPICE模型的建模方法及模型，通过测试不同温度下同一批次中若干个自主GaN MIS‑HEMT器件的直流和交流特性曲线，在所获取的直流特性曲线中提取阈值电压与源漏电压之间的关系，并找到适合的函数拟合，将函数代入直流模型中，得到的直流模型可准确拟合器件发生阈值漂移时的工作特征；另外，将阈值电压漂移函数得到的阈值电压表达式代入直流模型中，该直流模型中的阈值电压和沟道电流前乘有对应的温度参数，通过不同温度测量得到的直流特性曲线拟合得到温度参数，使模型可以表征器件不同工作温度下的特性。通过半经验物理模型的建立过程，模型参数具有明确的物理意义、便于提取，并且可根据参数值直接指导电路设计并反过来指导器件研发。

技术领域

本公开属于功率器件领域，涉及一种GaN MIS-HEMT大信号PSPICE模型的建模方法及模型。

背景技术

GaN金属-绝缘层/介质层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs，metal-insulator-metal high electron mobility transistors)由于具有高的击穿电压、电荷密度、迁移率和饱和速度等显著的器件特性，在下一代通信和电力电子应用中表现出巨大的工作潜力。

为了对GaN MIS-HEMT器件的各项电学特性进行完整的反映，并实现对电路设计的优化，提出一种精确的大信号模型是非常必要的。

目前的器件模型一般分为数值模型、宏观模型和紧凑模型，下面分别介绍各模型的构建方式和存在的问题：

数值模型基于器件内部物理机制，通过泊松方程、电流密度方程、电流连续性方程、电中性方程等半导体基本方程对器件特性进行分析，需要通过专业的数值迭代软件来模拟器件特性，速度慢、不适合电路仿真；

宏观模型是由现有的普通标准元件搭建而成的电路，用来描述器件的主要工作特性合理地构造标准元件电路和调整标准元器件参数。但是通过已有模型组建，只适用于特定器件的建模很容易出现仿真不收敛的问题；

紧凑模型包括查表模型，经验模型和物理模型。查表模型和经验模型是基于测试数据进行参数拟合，参数大多无实际物理意义，所以模型扩展性较差，应用较少。物理模型是基于器件的物理特性，精度高、可以表征不同的器件效应，适用不同工艺下的同种器件。但是纯粹的物理模型很难得到。

因此，需要提出一种便于进行电路仿真的大信号模型，来对GaN MIS-HEMT器件进行建模，以精确且准确地反映其电学特性并与商用PSPICE模型进行对标。其模型参数具有明确的物理意义，便于提取，并且可根据参数值直接指导电路设计并反过来指导器件研发。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种GaN MIS-HEMT大信号PSPICE模型的建模方法及模型，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种GaN MIS-HEMT大信号PSPICE模型的建模方法，该大信号PSPICE模型包含直流模型和交流模型，直流模型由一个电流源表示，交流模型由三个非线性电容表示，该建模方法包括：步骤S11：在不同温度下，测量同一批次中多个GaN MIS-HEMT器件的直流特性和交流特性，基于测量数据获取GaN MIS-HEMT器件在不同温度下的直流特性曲线和交流特性曲线；步骤S12：根据获取的直流特性曲线提取得到阈值电压-源漏电压曲线，拟合该阈值电压-源漏电压曲线得到阈值电压漂移函数；步骤S13：将阈值电压漂移函数得到的阈值电压表达式代入直流模型中，该直流模型中的阈值电压V_TH和沟道电流前乘有对应的温度参数，交流模型中的三个非线性电容采用电流控制的电流源表征；步骤S14：基于GaN MIS-HEMT器件在不同温度下的测量数据求出直流模型和交流模型的各参数初值。