[发明专利]基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法

说明书

本发明公开了一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法，包括：基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压；基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷；基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差；基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，建立用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型；对所述电荷模型的电荷值进行微分，建立用于表征栅源电容、栅源电压和漏源电压相关性的电容模型。本发明支持基于GaN工艺的HEMT晶体管的电荷/电容描述，特别是沟道开启后栅源电容、栅源电压和漏源电压的关系描述，模型准确性高。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法。

背景技术

在GaN HEMT MMIC设计中，准确的GaN HEMT器件模型是保证实际流片的芯片特性达到设计指标的重要保障。因此基于GaN HEMT工艺的晶体管器件模型需要能够表征出真实器件的直流特性和交流特性。所以在模型中除了需要引入寄生的电阻电容效应之外，还需要包括电流模型和电荷模型，如图1所示为等效电路图。

目前，紧凑型模型联盟(CMC)推出的用于氮化镓器件的先进SPICE模型(ASM)，能够应用在非线性电荷的描述上，但ASM模型仅适用于在单个漏极电压上的使用，具体模型为：该ASM模型的仿真结果如图2所示，图2中，横坐标表示栅源电压，带圆圈的曲线为实测的栅源电容，不带圆圈的曲线为ASM模型的仿真栅源电容，多条曲线表示在不同漏源电压下实测的栅源电容或仿真栅源电容。从图可以看出，ASM模型中栅源电容随着漏源电压增大的相关性和实际器件存在较大的差异。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法，所建立的晶体管电荷/电容模型能够支持基于GaN工艺的HEMT晶体管的电荷/电容描述，特别是沟道开启后栅源电容、栅源电压和漏源电压的关系描述，模型准确性得到了有效提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，包括：

基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压；

基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷；

基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差；

基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，建立用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型；

对所述电荷模型的电荷值进行微分，建立用于表征栅源电容、栅源电压和漏源电压相关性的电容模型。

优选的，基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压，具体如下：

其中，V_gm表示栅极沟道电压；V_g0表示外部输入的栅极电压；psid表示漏极电势；psis表示源极电势。

优选的，基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷，具体如下：

C_gq＝Cg×w_g×nf×l_g

其中，C_gq表示栅极电荷；Cg表示栅极电荷密度；w_g表示单根栅极的宽度；nf表示栅极根数；l_g表示栅极长度。

优选的，基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差，具体如下：

psids＝psid-psis