[发明专利]一种微波晶体管准物理基统计模型参数提取方法

说明书

本发明公开了一种微波晶体管准物理基统计模型参数提取方法，涉及电子信息‑信息技术领域。针对现有技术存在的问题，本发明提供一种微波氮化镓高电子迁移率晶体管准物理基大信号模型的器件统计模型高效参数提取的实现方法。本发明通过获取包含多个尺寸相同的不同GaN器件管芯对应的大信号模型参数数据集，并在参数数据集中，对多个物理参数及其子模型参数进行统计分析，结合因子分析的统计学理论，精确表征各参数之间的关联特性，最终实现对器件输出特性统计分布的预测。

技术领域

本发明涉及电子信息-信息技术领域。

背景技术

微波是指工作频率在300MHz-300GHz的电磁波，在微波集成电路与系统中，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)因其具有高输出功率密度、高击穿电压和高截止频率等优良特性，得到了广泛的应用。然而受半导体材料外延生长等器件制备技术成熟度的限制，材料自身的极化、缺陷以及器件的非有意掺杂都无法得到精准的控制，这将导致器件工艺的参数波动，破坏不同批次甚至同个批次所制备器件的一致性，最终影响基于该器件工艺设计的芯片电路成品率。

器件工艺统计模型可实现从工艺波动到器件输出特性波动的映射关系表征，它在辅助器件工艺参数优化改进的同时能够指导芯片电路的成品率优化设计，有效降低优化迭代的次数，从而大幅度减小设计周期与成本。在器件工艺统计模型建模方法研究方面，目前主要分为基于半导体工艺模拟以及器件模拟工具(TCAD)软件的物理统计模型[1-2]和基于紧凑模型理论的经验基统计模型建模技术[3-4]。基于TCAD技术的物理统计模型可从半导体方程出发，通过波动某个或多个材料及器件参数并对器件本征区域进行解析求解计算，实现器件输出特性分布的分析。然而由于解析求解半导体方程较为耗时，仅能勉强满足单个物理参数波动的需求，很难适用于多个物理参数同时波动的情况。且模型参数提取流程较为繁琐，无法实现高效率参数提取；而基于紧凑模型理论的经验基统计模型建模技术可将器件参数的波动通过统计学方法映射到模型参数上，从而实现对器件输出特性分布的预测，且该类模型可用于电路仿真与设计。然而，该类模型大多基于经验基紧凑模型，模型方程由纯数学公式推演而来，并不具备任何物理意义，无法实现器件工艺参数及芯片电路成品率的优化设计。

对于上述问题，基于紧凑模型理论的准物理基统计模型[5]是一种较为理想的解决方案。该类模型即可实现模型参数与实际器件参数的关联，可在一定程度上实现器件参数变化到器件输出特性变化的直观映射。同时求解速度较快可用于电路设计，指导芯片电路的成品率优化。然而，由于多个GaN HEMT管芯对应的模型参数数据集较为庞大，如何进行高效的模型参数统计分析以及统计参数的抽取从而有效减少器件工艺统计模型的开发时间，是目前器件工艺参数统计模型亟需解决的问题。

现有的文献，[1]F.Bonani,S.D.Guerrieri,F.Filicori,G.Ghione andM.Pirola,Physics-based large-signal sensitivity analysis of microwavecircuits using technological parametric sensitivity from multidimensionalsemiconductor device models,IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques,vol.45,no.5,pp.846-855,May 1997.

[2]S.D.Guerrieri,F.Bonani,F.Bertazzi,and G.Ghione,“A unified approachto the sensitivity and variability physics-based modeling of semiconductordevices operated in dynamic conditions—Part I:large-signal sensitivity,”IEEETransactions on Electron Devices,vol.63,no.3,pp.1195-1201,Mar.2016.