静态I-V数据可得静态Ids-Vgs转移特性曲线，利用曲线拟合方法把方程 (4)、（5)、（6)与所述静态Ids-VgsR移特性曲线进行拟合，得到方程（4)、（5)、（6)中自热效 应相关的模型参数:KiPk(Vds)，KMipkb (Vds)，K1;P (Vds)，K2,P (Vds)，K3,P (Vds); 步骤4.提取陷阱效应相关的模型参数：针对需要提取参数的晶体管，在其源极接地、 漏极-源极电压静态偏置点Vdsq= 0V、栅极-源极电压静态偏置点Vgsq= -3V的条件下进行 脉冲I-V测试得脉冲I-V曲线，并在其源极接地、漏极-源极电压静态偏置点Vdsq= 0V、栅 极-源极电压静态偏置点Vgsq= 0V的条件下进行脉冲I-V测试得脉冲I-V曲线；结合步骤 2和步骤3已求得的方程（1)?（8)中除陷阱效应相关参数\%"外的所有参数，采用曲线 拟合方法把本步骤所得的两组脉冲I-V曲线与方程（7)进行拟合，即可得到以Vgs、Vds、Vdsq、Vgsq这四个参量为变量的陷阱效应相关的模型参数Vgseff的具体表达式，最终实现待测晶体 管所有I-V模型参数的提取。
2. 根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管I-V模型参数的提取方法，其特 征在于，步骤2所述的提取与自热效应和陷阱效应无关的参数的过程具体包括以下步骤： 步骤2-1 :对GaNHEMT器件进行脉冲I-V测试：器件的源极接地，栅极-源极的静态偏 置电压Vgsq= -3V，漏极-源极的静态偏置电压Vdsq= 0V; 步骤2-2 :在步骤2-1的测试条件下，器件的自热效应和陷阱效应可忽略不计，器件的I-V模型简化为如下形式： Ids=IPk(l+Mipk(Vds,Vgs) ?tanh(^ (Vds,Vgs))) ?tanh(aVds) (9) Mipk(Vds,Vgs) = 1+0.5* (Mipkb(Vds)-l) ? (l+tanh(Qffl(Vds) ? (Vgs-VgJ)) (10) ^(Vds,Vgs) * (v^-v^j+p^vj? (Vgs-V2,pk)2+P3. (Vgs-V3,pk)3 (11) 由步骤2-1测得的脉冲I-V测试数据可得到在每个漏极-源极电压Vds下，以漏极-源 极电压Vgs为横坐标、漏极电流Ids为纵坐标的转移特性曲线；对于每条转移特性曲线，其对 应的Vds为已知的定值，因而I-V模型中的Mipkb(Vds)，Qm(Vds)，PJVJ，P2(Vds)，P3(Vds)等以 Vds为自变量的函数变成了常数，整个I-V模型简化为以Vgs为自变量的一元函数； 步骤2-3 :采用曲线拟合方法把方程（9)、（10)、（11)与步骤2-2中所述的每一条转移 特性曲线进行拟合，得到函数Mipkb(Vds)，Qm(Vds)，PJD，P2(Vds)，P3(Vds)在每个Vds下的离 散取值，以及常数Ipk，a，Vgsm，Vlpk，V2，pl^V3，pkW取值； 步骤 2-4 :对步骤 2-3 中得到的函数Mipkb (Vds)，Qm(Vds)，Pi(Vds)，P2 (Vds)，P3 (Vds)在每个Vds下的离散取值，使用函数拟合方法分别拟合得到函数Mipkb (Vds)，Qm (Vds)，Pi(Vds)，P2 (Vds)， P3(Vds)以Vds为自变量的表达式，具体如下所述： MiPkb(Vds) - (Pmci+PmiV(1s+Pm2V(1s+Pm3V(1s)tanh(aMVds)+PM。 （12) Qm(V(1S) - (Pq〇+PqiV(1s)tanh(aQVds) +PQo (13) Pj(Vds) = (PJ,〇+PJ,1Vds)tanh(apj)+p.c,j= 1,2,3 (14) 其中，PMCI，PM1，PM2，PMAMipkb(Vds)关于Vds展开的多项式系数，adMipkb(Vds)的电压饱和参数，？"。为^_(〇的修正因子'义1为^(〇关于^展开的多项式系数，％为 QM(Vds)的电压饱和参数，PQ。为QM(Vds)的修正因子；P」，。、P」，AP」(Vds)关于Vds展开的多项 式系数，a^为Pj(Vds)的饱和电压参数，Pj，。为Pj(Vds)的修正因子，j= 1，2, 3。
3. 根据权利要求2所述的氮化镓高电子迁移率晶体管I-V模型参数的提取方法，其特 征在于，步骤3所述的提取自热效应相关参数的过程具体包括以下步骤： 步骤3-1 :对器件做静态I-V测试； 步骤3-2 :对器件进行脉冲I-V测试：器件的源极接地，栅极-源极的静态偏置电压Vgsq =0V，漏极-源极的静态偏置电压Vdsq= 0V; 步骤3-3 :由步骤3-2中得到的脉冲I-V测试数据，提取得到器件的等效热阻Rtheq; 步骤3-4 :利用步骤3-1得到的静态I-V测试数据，计算在每个Vds和Vgs下的耗散功率 值Pdiss=Ids ?Vds，并采用函数拟合方法得到以Vds和Vgs为自变量的Pdiss的具体表达式，再 将Pdiss的具体表达式代入式（8)的到沟道温度增量AT的具体表达式； 步骤3-5 :由步骤3-1测得的静态I-V测试数据可得到在每个漏极-源极电压Vds下以 漏极-源极电压vgs为横坐标、漏极电流Ids为纵坐标的转移特性曲线；对于本步骤所述的 每一条转移特性曲线，其对应的vds为已知的定值，因而I-V模型中的KIpk(Vds)，KMipkb(Vds)， K1;P (Vds)，K2,P (Vds)，K3,P (Vds)，等以Vds为自变量的自热效应相关函数变成了常数，整个I-V模 型简化为以Vgs为自变量的一元函数； 步骤3-6:将步骤2得到的与陷阱效应和自热效应无关的模型参数代入I-V模型，采用 曲线拟合方法把方程（4)、（5)、（6)与步骤3-5中的每一条转移特性曲线进行拟合，得到在 每个Vds下，函数KIpk(Vds)，KMipkb (vds)，Kiyvd，K2,P(Vds)，K3,P(Vds)的离散取值； 步骤 3-7 :对步骤 3-6 中得到的函数KIpk(Vds)，KMipkb(Vds)，KP1(Vds)，KP2(Vds)，KP3(Vds)在 每个Vds下的离散取值，使用函数拟合方法分别拟合得到函数KIpk(Vds)，KMipkb(Vds)， K2，P(Vds)，K3，P(Vds)以Vds为自变量的表达式，具体如下所述： KiPk(Vds) - (KiPk〇+KIpklVds)tanh(ctKIpkVds) +KIpko (15) KMipkb(Vds)= (KKMipkbti+KmpkbiVds)tanh(aKMipkbkVds)+KMipkb。 (16) Kj,P(Vds) = (KJ,P0+KJ,P1Vds)tanh(a.^VJ+Kj,^j= 1,2,3 (17) 其中，KIpk(l，KIpkl为KIpk(Vds)关于Vds展开的多项式系数，aKIpAKIpk(Vds)的电压饱和 参数，KIpk。为KIpk(Vds)的修正因子；KMipkM，KMipkbl为KMipkb(Vds)关于Vds展开的多项式系数， a?-为KMipkb(Vds)的电压饱和参数，KMipkb。为KMipkb(Vds)的修正因子 关于Vds展开的多项式系数，a1KP为K1P(Vds)的电压饱和参数，I^PfSKiP(Vds)的修正因 子。
4. 根据权利要求3所述的氮化镓高电子迁移率晶体管I-V模型参数的提取方法，其特 征在于，步骤4所述的提取陷阱效应相关参数的过程具体包括以下步骤： 步骤4-1 :对器件做脉冲I-V测试：器件的源极接地，栅极-源极的静态偏置电压Vgsq= 0V，漏极-源极的静态偏置电压Vdsq= 0V; 步骤4-2 :对器件做脉冲I-V测试：器件的源极接地，栅极-源极的静态偏置电压Vgsq =-3V，漏极-源极的静态偏置电压Vdsq= 20V; 步骤4-3:结合步骤2和步骤3中得到的除Vgsrff外的I-V模型参数，并采用曲线拟合 方法拟合步骤2-1、步骤4-1和步骤4-2中测量得到的脉冲I-V曲线，即可得到以Vgs、Vds、 VdSq、VgSq这四个参量为变量的与陷阱效应相关的模型参数VgSrff的表达式，具体如下所述：
其中，四个参数 Ysurfl，Vgsqpinch，Ysubsl，vdssubsQ通过曲线拟合后均为已知常量，Ysurfl为表 面陷阱调制参数，vgsqpiMh为夹断电压，Ysubsl为缓冲陷阱调制参数，vdssubs(l为漏极-源极电 压静态偏置点修正因子。
5. 根据权利要求4所述的氮化镓高电子迁移率晶体管I-V模型参数的提取方法，其特 征在于，所述曲线拟合方法和函数拟合方法均为最小二乘法。
6. 根据权利要求4所述的氮化镓高电子迁移率晶体管I-V模型参数的提取方法，其 特征在于，所述脉冲I-V测试和静态I-V测试的部分参数均按如下设置：器件的源极接地， 栅极-源极的扫描电压范围为-4V至0V，其扫描间隔0.2V，漏极-源极的扫描电压范围 为0V至30V，其扫描间隔0. 5V;所述脉冲I-V测试的部分参数设置如下：栅极脉冲宽度为 1. 2lis，漏极脉冲宽度为1lis，漏极脉冲延迟为100ns。
7.根据权利要求4所述的氮化镓高电子迁移率晶体管I-V模型参数的提取方法，其特 征在于，步骤2-1、步骤4-1及步骤4-2所进行的脉冲I-V测试均在相同的温度环境中进行； 步骤3-2所述脉冲I-V测试的环境温度高于其他步骤所进行的脉冲I-V测试的环境温度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN？HEMT)的电流-电压(I-V)模型参数提取方法。本发明方法首先根据I-V模型参数的物理意义，对模型参数进行分块，降低I-V模型的复杂度，再通过拟合实测脉冲I-V和静态I-V的转移特性曲线，提取相应分块的模型参数。与传统的参数提取方法相比，本发明方法可以快速准确地完成I-V模型的参数提取，大大提高了器件建模的效率。
【IPC分类】G06F19-00, G06F17-50
【公开号】CN104573330
【申请号】CN201410800156
【发明人】徐跃杭, 闻彰, 汪昌思, 赵晓冬, 徐锐敏
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月20日