一种GaNHEMT的静态I-V模型建立方法

本申请属于半导体，尤其涉及一种gan hemt的静态i-v模型建立方法。

背景技术：

1、作为第三代化合物半导体器件，氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemt,gan highelectron mobility transistor)相比传统硅基器件具有更高的工作频率，更低的导通与损耗，以及更快的电子迁移率等特点，使其成为电力电子领域受欢迎的新一代功率器件。在进行电力电子电路设计与仿真时，高精度的功率器件模型，是优化电路结构、提高电路设计效率、缩短设计周期的关键。虽然传统硅基金属氧化物半导体场效应管(mosfet，metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)器件模型已相对成熟，但由于器件特性的差异，这些模型无法直接适用于gan hemt器件。另外，对于一些新型gan hemt，制造商尚未提供相应的spice模型(spice模型是一种用于电子电路仿真的模型)。因此，建立一种准确的gan hemt模型十分重要，尤其是表征器件转移特性与输出特性的静态电流电压(i-v)模型。

2、目前，对gan hemt的建模方法主要包括物理建模，数学建模以及行为建模。物理建模与数学建模基于器件的物理特性与数学结构，多应用于射频与微波背景，拟合参数多且部分难以获得，不适合电力电子的应用特性。行为模型针对器件行为特性构建，在电力电子领域运用广泛。现有的gan hemt行为模型多使用分段结构，拟合精度低、不易于收敛，造成gan hemt的静态i-v模型不能准确表征器件静态电流-电压关系。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种gan hemt的静态i-v模型建立方法，可以解决gan hemt的静态i-v模型不能准确表征器件静态电流-电压关系的问题。

2、本申请实施例提供了一种gan hemt的静态i-v模型建立方法，包括：

3、建立gan hemt的正向i-v模型；

4、根据正向i-v模型建立gan hemt的反向i-v模型；

5、根据正向i-v模型和反向i-v模型，得到gan hemt的静态i-v模型；静态i-v模型为非分段静态特性模型，静态i-v模型包含多个待拟合参数，静态i-v模型中的温度拟合函数用于描述多个待拟合参数中待拟合温度参数与温度之间的关系；

6、求解静态i-v模型中待拟合参数的最优值，并将求解得到的最优值代入静态i-v模型，完成静态i-v模型的建立。

7、可选的，正向i-v模型为：

8、

9、其中，ids表示gan hemt的漏极-源极电流，kt11、kt12、kt13均为温度拟合函数，vgs表示gan hemt的栅极-源极电压，b11、b12、a11、b13、b14、b15、a12、c11、c12、c13、c14均为待拟合参数，vds表示gan hemt的漏极-源极电压。

10、可选的，kt11、kt12、kt13为：

11、kt11＝d11·[1+k11(t-25)]

12、kt12＝1+k12(t-25)

13、kt13＝1+k13(t-25)

14、其中，d11、k11、k12、k13均为待拟合温度参数，t表示温度。

15、可选的，反向i-v模型为：

16、

17、其中，kt21为温度拟合函数，vgd表示gan hemt的栅极-漏极电压，vgd＝vgs-vds，b21、b22、a21、b23、b24、b25、a22、c21均为待拟合参数，vsd表示gan hemt的源极-漏极电压。

18、可选的，kt21＝d21·[1+k21(t-25)]，其中，d21、k21均为待拟合温度参数。

19、可选的，静态i-v模型为：

20、

21、

22、可选的，求解静态i-v模型中待拟合参数的最优值，包括：

23、从gan hemt的参数手册中提取电流和电压的对应关系；对应关系包括漏极-源极电流与漏极-源极电压的对应关系、漏极-源极电流与栅极-源极电压的对应关系、漏极-源极电流与源极-漏极电压的对应关系；

24、利用粒子群算法基于电流和电压的对应关系对静态i-v模型中待拟合参数进行求解，得到静态i-v模型中待拟合参数的最优值。

25、本申请的上述方案有如下的有益效果：

26、在本申请的实施例中，通过建立gan hemt的正向i-v模型，并基于该正向i-v模型建立反向i-v模型，然后基于正向i-v模型和反向i-v模型建立gan hemt的静态i-v模型，并对静态i-v模型中的待拟合参数进行求解，将求解得到的最优值代入静态i-v模型完成静态i-v模型的建立。其中，由于本申请建立的静态i-v模型为非分段静态特性模型，因此与现有静态i-v模型相比，本申请能够避免分段模型在参数拟合过程中不收敛的问题，建立能准确表征器件静态电流-电压关系的静态i-v模型。

27、本申请的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种gan hemt的静态i-v模型建立方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正向i-v模型为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，kt11、kt12、kt13为：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反向i-v模型为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，kt21＝d21·[1+k21(t-25)]，其中，d21、k21均为待拟合温度参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述静态i-v模型为：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述求解所述静态i-v模型中待拟合参数的最优值，包括：

技术总结
本申请适用于半导体技术领域，提供了一种GaN HEMT的静态I‑V模型建立方法，包括：建立GaN HEMT的正向I‑V模型；根据正向I‑V模型建立GaN HEMT的反向I‑V模型；根据正向I‑V模型和反向I‑V模型，得到GaN HEMT的静态I‑V模型；静态I‑V模型为非分段静态特性模型，静态I‑V模型包含多个待拟合参数，静态I‑V模型中的温度拟合函数用于描述多个待拟合参数中待拟合温度参数与温度之间的关系；求解静态I‑V模型中待拟合参数的最优值，并将求解得到的最优值代入静态I‑V模型，完成静态I‑V模型的建立。本申请构建的静态I‑V模型能够准确表征器件静态电流‑电压关系，并反映器件电热特性。

技术研发人员：丁家峰,张儒颖菁,郭航宇,王宝艺,王鹤儒,李新梅
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16