[發明專利]GaN MIS-HEMT大信號PSPICE模型的建模方法及模型

有效

• 申請號: 201910186965.7
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109933897B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉春雨;王鑫華;黃森;魏珂;劉新宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F119/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種GaN?MIS?HEMT大信號PSPICE模型的建模方法及模型，通過測試不同溫度下同一批次中若干個自主GaN?MIS?HEMT器件的直流和交流特性曲線，在所獲取的直流特性曲線中提取閾值電壓與源漏電壓之間的關系，并找到適合的函數擬合，將函數代入直流模型中，得到的直流模型可準確擬合器件發生閾值漂移時的工作特征；另外，將閾值電壓漂移函數得到的閾值電壓表達式代入直流模型中，該直流模型中的閾值電壓和溝道電流前乘有對應的溫度參數，通過不同溫度測量得到的直流特性曲線擬合得到溫度參數，使模型可以表征器件不同工作溫度下的特性。通過半經驗物理模型的建立過程，模型參數具有明確的物理意義、便于提取，并且可根據參數值直接指導電路設計并反過來指導器件研發。

技術領域

本公開屬于功率器件領域，涉及一種GaN?MIS-HEMT大信號PSPICE模型的建模方法及模型。

背景技術

GaN金屬-絕緣層/介質層-半導體高電子遷移率晶體管(MIS-HEMTs，metal-insulator-metal?high?electron?mobility?transistors)由于具有高的擊穿電壓、電荷密度、遷移率和飽和速度等顯著的器件特性，在下一代通信和電力電子應用中表現出巨大的工作潛力。

為了對GaN?MIS-HEMT器件的各項電學特性進行完整的反映，并實現對電路設計的優化，提出一種精確的大信號模型是非常必要的。

目前的器件模型一般分為數值模型、宏觀模型和緊湊模型，下面分別介紹各模型的構建方式和存在的問題：

數值模型基于器件內部物理機制，通過泊松方程、電流密度方程、電流連續性方程、電中性方程等半導體基本方程對器件特性進行分析，需要通過專業的數值迭代軟件來模擬器件特性，速度慢、不適合電路仿真；

宏觀模型是由現有的普通標準元件搭建而成的電路，用來描述器件的主要工作特性合理地構造標準元件電路和調整標準元器件參數。但是通過已有模型組建，只適用于特定器件的建模很容易出現仿真不收斂的問題；

緊湊模型包括查表模型，經驗模型和物理模型。查表模型和經驗模型是基于測試數據進行參數擬合，參數大多無實際物理意義，所以模型擴展性較差，應用較少。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應，適用不同工藝下的同種器件。但是純粹的物理模型很難得到。

因此，需要提出一種便于進行電路仿真的大信號模型，來對GaN?MIS-HEMT器件進行建模，以精確且準確地反映其電學特性并與商用PSPICE模型進行對標。其模型參數具有明確的物理意義，便于提取，并且可根據參數值直接指導電路設計并反過來指導器件研發。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種GaN?MIS-HEMT大信號PSPICE模型的建模方法及模型，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種GaN?MIS-HEMT大信號PSPICE模型的建模方法，該大信號PSPICE模型包含直流模型和交流模型，直流模型由一個電流源表示，交流模型由三個非線性電容表示，該建模方法包括：步驟S11：在不同溫度下，測量同一批次中多個GaN?MIS-HEMT器件的直流特性和交流特性，基于測量數據獲取GaN?MIS-HEMT器件在不同溫度下的直流特性曲線和交流特性曲線；步驟S12：根據獲取的直流特性曲線提取得到閾值電壓-源漏電壓曲線，擬合該閾值電壓-源漏電壓曲線得到閾值電壓漂移函數；步驟S13：將閾值電壓漂移函數得到的閾值電壓表達式代入直流模型中，該直流模型中的閾值電壓V_TH和溝道電流前乘有對應的溫度參數，交流模型中的三個非線性電容采用電流控制的電流源表征；步驟S14：基于GaN?MIS-HEMT器件在不同溫度下的測量數據求出直流模型和交流模型的各參數初值。