[發(fā)明專利]一種砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管溫度影響模型的建立方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210122944.7
• 申請(qǐng)日: 2012-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102663200A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超;付桂翠;谷瀚天;張棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管(GaAs?FET)溫度影響模型的建立方法，它是微波功率器件仿真分析領(lǐng)域的一種等效電路模型實(shí)現(xiàn)方法，致力于表征GaAs?FET關(guān)鍵性能參數(shù)的溫度影響，評(píng)估其在高溫環(huán)境下的參數(shù)退化程度，以降低應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

GaAs?FET具有噪聲系數(shù)低、頻帶寬、抗輻射能力強(qiáng)和電源附加效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于構(gòu)成有源相控陣?yán)走_(dá)的T/R組件。GaAs?FET的性能受溫度影響較大，當(dāng)溫度變化時(shí)，其電學(xué)特性會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變。例如跨導(dǎo)在高溫環(huán)境下會(huì)顯著降低，這會(huì)對(duì)電路的工作性能產(chǎn)生不良影響。器件溫度的改變主要源于環(huán)境溫度(或熱沉溫度)的變化以及器件的自升溫效應(yīng)。隨著GaAsFET輸出功率的不斷提高，自升溫效應(yīng)將更加顯著，器件的工作環(huán)境也將變得更加惡劣。

目前，主要通過(guò)建立器件經(jīng)驗(yàn)分析模型的方式來(lái)描述GaAs?FET的輸入輸出特性，如Statz模型、TriQuint模型和Angelov模型等。在表征模型參數(shù)受溫度的影響程度時(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)分析模型采用的均是對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值擬合的方法，而沒(méi)有揭示出溫度影響的物理機(jī)制，因此在器件被制造和測(cè)量之前是不能預(yù)測(cè)其性能參數(shù)以及溫度影響的。如果能夠在微波EDA軟件中建立GaAs?FET的物理基等效電路模型，就可以實(shí)現(xiàn)GaAs?FET性能參數(shù)的計(jì)算機(jī)仿真，進(jìn)而可以預(yù)測(cè)溫度對(duì)其性能參數(shù)的影響。這不僅有助于器件設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)優(yōu)化，同時(shí)也可以為器件的散熱設(shè)計(jì)提供必要的參考。

發(fā)明內(nèi)容

1、目的：本發(fā)明的目的是提供一種砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管溫度影響模型的建立方法，該方法可操作性強(qiáng)，能夠預(yù)測(cè)溫度對(duì)砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管性能參數(shù)的影響。

2、技術(shù)方案：

本發(fā)明一種砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管溫度影響模型的建立方法，該方法具體步驟如下：

步驟1：建立能夠反映GaAs?FET物理結(jié)構(gòu)的等效電路圖：以GaAs?FET的結(jié)構(gòu)組成、材料屬性、工藝參數(shù)、工作原理等信息為輸入，建立能夠反映GaAs?FET物理結(jié)構(gòu)的等效電路圖，等效電路圖中包含與偏置有關(guān)的本征元件和與偏置無(wú)關(guān)的寄生元件。

步驟2：確定等效電路模型元件與物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系：將等效電路模型中的本征元件和寄生元件表征為以器件幾何尺寸和材料屬性為自變量的函數(shù)表達(dá)式。

步驟3：研究確定模型元件受溫度影響的物理機(jī)制：依據(jù)模型元件與GaAs?FET物理結(jié)構(gòu)、材料屬性等之間的關(guān)系，分析模型元件受溫度影響的物理機(jī)制，確定對(duì)溫度變化敏感的物理參量。

步驟4：建立模型元件與溫度之間的函數(shù)關(guān)系：對(duì)于受溫度影響明顯的物理參量，建立其與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，從而將模型元件表征為以器件物理參量和溫度值為自變量的函數(shù)表達(dá)式。

步驟5：GaAs?FET等效電路模型在微波EDA軟件中的實(shí)現(xiàn)：依據(jù)建立的GaAs?FET等效電路模型，在微波EDA軟件中搭建等效電路圖，并對(duì)電路圖中的本征元件和寄生元件進(jìn)行參數(shù)定義，確定可調(diào)參量，最后對(duì)等效電路模型進(jìn)行封裝。

步驟6：模擬GaAs?FET關(guān)鍵性能參數(shù)隨溫度的變化關(guān)系：通過(guò)微波EDA軟件中的直流仿真控制器和S參數(shù)仿真控制器分別進(jìn)行不同溫度值下的直流參數(shù)掃描和S參數(shù)掃描，以表征GaAs?FET關(guān)鍵性能參數(shù)隨溫度的變化關(guān)系。

其中，步驟1中所述的建立能夠反映GaAs?FET物理結(jié)構(gòu)的等效電路圖可以通過(guò)大量公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)、報(bào)告等獲得，在實(shí)際應(yīng)用前需結(jié)合待分析對(duì)象的特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)修正，如對(duì)寄生元件的合理取舍。

其中，步驟2中所述的函數(shù)自變量具體包括柵極長(zhǎng)度、柵極寬度、柵源間距、摻雜濃度、溝道深度、耗盡層厚度、GaAs介電常數(shù)、載流子遷移率、肖特基自建勢(shì)、電子飽和速度等。各個(gè)本征元件和寄生元件的取值直接影響了模型的準(zhǔn)確程度，模型元件與物理結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系復(fù)雜，因此需要首先對(duì)GaAs?FET的制作工藝進(jìn)行充分調(diào)研，明確其內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，以及各部分的材料屬性和幾何參數(shù)，并通過(guò)對(duì)其物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的合理簡(jiǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模型元件的表征。模型元件與物理結(jié)構(gòu)間的函數(shù)關(guān)系可以參照相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，如Peter?H.Ladbrooke模型可以用來(lái)描述本征元件和寄生元件與器件物理結(jié)構(gòu)之間的函數(shù)關(guān)系。

其中，步驟3中所述模型元件受溫度影響的物理機(jī)制具體包括肖特基自建勢(shì)、夾斷電壓、載流子遷移率、電子飽和速度等諸多物理參量的溫度影響規(guī)律。