[發(fā)明專利]一種微波晶體管準(zhǔn)物理基統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010154839.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN111428437B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐躍杭;毛書漫;吳韻秋;徐銳敏;延波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/398
• 分類號(hào): G06F30/398;G06F17/18;G06F17/16
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種微波晶體管準(zhǔn)物理基統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)提取方法，該方法包括：

步驟1：對(duì)多個(gè)批次微波晶體管管芯進(jìn)行DC-IV測(cè)試；

針對(duì)用于建立統(tǒng)計(jì)模型的多個(gè)批次微波晶體管芯，在室溫條件下進(jìn)行靜態(tài)直流特性測(cè)試，獲取每個(gè)微波晶體管管芯在不同柵極-源極電壓V_gs下，不同漏極-源極電壓V_ds對(duì)應(yīng)的漏極-源極電流I_ds；柵極-源極電壓V_gs從夾斷電壓掃描至0V，漏極-源極電壓V_ds從0V掃描至最大可用漏極電壓即1/2的擊穿電壓；

步驟2：模型參數(shù)數(shù)據(jù)集獲取；

準(zhǔn)物理基統(tǒng)計(jì)模型為氮化鎵高電子遷移率晶體管準(zhǔn)物理基大信號(hào)模型，模型方程如下所示；

式中I_max為每個(gè)柵極-源極電壓V_gs下不同漏極-源極電壓V_ds對(duì)應(yīng)的漏極-源極電流I_ds的最大值，λ為溝道調(diào)制系數(shù)，β為場(chǎng)速關(guān)系階數(shù)，E_c為臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，l_s和l_d為漏極與源極接入?yún)^(qū)長(zhǎng)度，l_g為器件柵極長(zhǎng)度；n_s為電子濃度，n_smax為最大電子面密度，V_off為夾斷電壓，α₁,α₂,α₃,β_n為擬合參數(shù)；

完成模型參數(shù)提取步驟后，提取得到單個(gè)管芯對(duì)應(yīng)的一套完整的模型參數(shù)值和最大電子飽和速度v_max，勢(shì)壘層厚度d，以及臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E_c模型對(duì)應(yīng)的擬合參數(shù)a₀、a₁、b₀、b₁和b₂；對(duì)多個(gè)批次管芯中每個(gè)微波晶體管管芯重復(fù)進(jìn)行模型參數(shù)提取流程，獲取得到所有管芯對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)數(shù)據(jù)集；對(duì)數(shù)據(jù)集中每個(gè)模型參數(shù)求取均值μ_i和標(biāo)準(zhǔn)差Q_i，i表示對(duì)應(yīng)的第i個(gè)微波晶體管管芯；

步驟3：因子分析；

步驟3.1：模型參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化；

將模型參數(shù)數(shù)據(jù)集中各參數(shù)數(shù)據(jù)整理成矩陣的形式，如下式所示；數(shù)據(jù)集中包含k個(gè)模型參數(shù)則數(shù)據(jù)集矩陣列數(shù)為k，每個(gè)模型參數(shù)包含n個(gè)觀測(cè)值，即有n個(gè)微波晶體管管芯樣本；因此，矩陣的維度為n×k；

對(duì)原始模型參數(shù)數(shù)據(jù)集矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換，得到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集矩陣X：

其中

式中x_ij對(duì)應(yīng)第j個(gè)模型參數(shù)的第i個(gè)樣本觀測(cè)值，x_j為該模型參數(shù)的均值，s_j為該模型參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差；

步驟3.2：計(jì)算模型參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣及其特征值；

基于標(biāo)準(zhǔn)化后的模型參數(shù)矩陣，采用式(6)計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R中的各元素；

根據(jù)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)矩陣，計(jì)算得到特征值λ_i，i＝1,2,…,k，并按從大到小的順序排列；

步驟3.3：確定主成分個(gè)數(shù)

通過計(jì)算得到的特征值，可以計(jì)算各主成分F_i的貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率；主成分F_i的貢獻(xiàn)率即為主成分F_i對(duì)應(yīng)的特征值λ_i在所有特征值中所占比重：

主成分F_i的貢獻(xiàn)率越大，表示F_i所包含的原始數(shù)據(jù)集中的信息越多；主成分F_i的累計(jì)貢獻(xiàn)率即為前i個(gè)主成分貢獻(xiàn)率之和，按照下式計(jì)算；

選取累計(jì)貢獻(xiàn)率最大的前p個(gè)主成分，或特征值大于等于1的前p個(gè)主成分；

步驟3.4：計(jì)算載荷系數(shù)與特殊因子方差；

對(duì)步驟3.2中所有特征值，計(jì)算對(duì)應(yīng)的特征向量l₁,l₂,…,l_k，并將k個(gè)特征向量進(jìn)行歸一化，得到歸一化的特征列向量組合W＝(W₁,W₂,…,W_k)，通過A＝WΛ計(jì)算因子模型載荷系數(shù)矩陣，Λ為對(duì)角陣；若各因子載荷系數(shù)的數(shù)值較平均，還需進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)；計(jì)算前p個(gè)主成分的因子模型載荷系數(shù)矩陣；

特殊因子方差采用下式進(jìn)行計(jì)算方法為：

式中，σ_i為第i個(gè)模型參數(shù)的特殊因子標(biāo)準(zhǔn)差，L_ij為該模型參數(shù)的第j個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的因子模型載荷系數(shù)；

步驟4：模型參數(shù)統(tǒng)計(jì)特性表征；

根據(jù)因子分析理論，采用由公共因子和特殊因子預(yù)測(cè)每個(gè)模型參數(shù)，如下式所示：

其中X_i為I_ds模型的任一參數(shù)，μ_i和Q_i為實(shí)測(cè)提取的X_i的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；L_ij為X_i在第j個(gè)主成分F_j上的因子模型載荷系數(shù)；ε_i為X_i的特殊因子，并且服從均值為零和方差，公共因子相互獨(dú)立，并且均值為0，方差為1；

步驟5：準(zhǔn)物理基大信號(hào)統(tǒng)計(jì)模型；

將每個(gè)模型參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布特性代入傳統(tǒng)的器件大信號(hào)模型中得到完整的準(zhǔn)物理基統(tǒng)計(jì)模型；采用非線性諧波平衡法進(jìn)行模型求解計(jì)算，得到器件的大信號(hào)輸出特性。

2.如權(quán)利要求1所述的一種微波晶體管準(zhǔn)物理基統(tǒng)計(jì)模型參數(shù)提取方法，其特征在于步驟3.2中特征值λ_i的計(jì)算方法為，對(duì)于相關(guān)系數(shù)矩陣R，通過求解|R-λEk|＝0得到的λ_i，i＝1,2,3…,k；

其中E為k階單位矩陣；

|R-λE_k|＝0行列式對(duì)應(yīng)展開形式；