栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型
阅读：936发布：2020-05-08
专利汇可以提供栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种栅漏电模型的优化方法及基于其的高 电子 迁移率器件模型，其中，该优化方法包括：基于表面势计算，建立高电子迁移率器件模型；建立栅 电流 模 块 ；结合高电子迁移率器件模型的内部模块对栅电流模块进行分段近似和拟合；以及，在栅漏电模型中加入变温反馈模块，并与所述高电子迁移率器件模型相对接。本发明提供的该栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型，实现了对不同栅漏 电机 制的数学整合，能够在兼顾物理意义和准确性的前提下对器件栅漏电机制进行有效的拟合；同时其变温函数的引入也使得模型对变温的预测性更加准确。，下面是栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型专利的具体信息内容。
1.一种栅漏电模型的优化方法，其特征在于，包括：
基于表面势计算，建立高电子迁移率器件模型；
建立栅电流模块；
结合所述高电子迁移率器件模型的内部模块对所述栅电流模块进行分段近似和拟合。
2.根据权利要求1所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，还包括：
在栅漏电模型中加入变温反馈模块，并与所述高电子迁移率器件模型相对接；
提取所述高电子迁移率器件模型中待测模块在不同温度下的变温特性，作为所述栅漏电模型的变温特性的修正项。
3.根据权利要求2所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，所述建立栅电流模块包括：
在所述栅电流模块中引入蒲尔-弗朗克效应模块、陷阱辅助的隧穿效应模块、肖特基效应模块和/或跳跃传导效应模块。
4.根据权利要求3所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，所述栅电流模块的分段近似包括：
将所述高电子迁移率器件模型中电压的取值分为三个范围：小于-100mV、-100mV～
37.4mV和大于37.4mV；
基于蒲尔-弗朗克效应、陷阱辅助的隧道效应和肖特基效应在不同范围内栅电流模块中的主导作用，为其设定相应的权重系数。
5.根据权利要求4所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，所述栅电流模块的拟合包括：
以二极管模型取代所述高电子迁移率器件模型在栅压大于37.4mV时由肖特基效应主导的电流公式；
以二极管模型公式简化所述高电子迁移率器件模型在栅压小于-100mV时由蒲尔-弗朗克效应主导的电流公式；
以级数展开的方式取代所述高电子迁移率器件模型在-100mV～37.4mV的栅压范围内由蒲尔-弗朗克效应和陷阱辅助的隧道效应主导的电流公式；
通过平滑函数连接上述三个部分，并将变温特性引入所述高电子迁移率器件模型当中，完成栅漏电模型。
6.根据权利要求5所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，所述变温特性的提取包括：
通过双脉冲测试提取所述高电子迁移率器件模型中待测模块在不同温度下的栅漏电数据和传输特性曲线数据；
通过直流特性测试系统提取该待测模块在与上述条件相同的温度下栅漏电数据和传输特性曲线数据；
对比二者数据得到器件电流的变温特性。
7.根据权利要求1或2所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，所述建立高电子迁移率器件模型包括：
建立表面势计算模块，根据输入电压和器件物理参数计算源极和漏极的表面势；
建立端口电流计算模块，根据表面势计算结果、电压参数及物理参数计算源漏间电流和栅电流；
建立端口电荷计算模块，根据所述表面势计算结果计算栅极和漏极各自的电荷；
建立陷阱效应计算模块，用于调节所述高电子迁移率器件模型中的DIBL参数、导通电阻和/或亚阈值区斜率；
和/或，建立交叠电容修正计算模块，根据提取的交叠电容修正端口电荷的值；
和/或，建立Access region非线性电阻计算模块，所述Access region非线性电阻计算模块用于描述高电子迁移率器件中栅源/栅漏之间没有电极覆盖的区域的电学特性，并结合外部参数调整所述高电子迁移率器件模型中三极管节点间的电流；
和/或，建立噪声效应模块，根据表面势计算结果及预定义参数，计算所述高电子迁移率器件模型中噪声引入的电流变化。
8.根据权利要求7所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于，所述建立高电子迁移率器件模型还包括：
在所述高电子迁移率器件模型中加入场板结构的等效三极管，修正相关系数并重新计算端口电流和端口电荷；
和/或，对所述端口电荷进行微分处理，得到主体三极管以及场板结构的等效寄生电容，修正电流输出结果。
9.根据权利要求8所述的栅漏电模型的优化方法，其特征在于：
所述场板结构中增加边缘电容模型，作为所述场板结构的修正项；
和/或，在源漏电流之间增加耗尽层电容模型，作为耗尽电容等效结构的修正项。
10.一种高电子迁移率器件模型，其特征在于，包括：
高电子迁移率器件模型，包括权利要求6至9中的表面势计算模块、端口电流计算模块和端口电荷计算模块，以及陷阱效应计算模块、交叠电容修正计算模块、access region非线性电阻计算模块、噪声效应模块、场板结构、边缘电容模型和/或耗尽层电容模型；以及栅漏电模型，基于权利要求1至9中任一所述的优化方法得到。
栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型
技术领域
[0001] 本发明涉及高电子迁移率晶体管建模领域，尤其涉及一种栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型。
背景技术
[0002] 高电子迁移率晶体管(HEMT)由于其高频性能好，导通电阻低等优势，在微波功率应用领域有着广阔前景，是目前研究和应用的热点，也在通信、雷达等领域得到了越来越广泛的应用。为了建立工艺参数与器件微波特性的联系，从而进行工艺稳定性和电路成品率分析，准确的HEMT器件仿真模型是非常有必要的。III-V族经验基大信号模型已经有过很多相关报道和研究，其建模技术也已日趋成熟。但大多数经验基器件模型包含大量的拟合参数，模型参数的多值性会使模型参数失去物理意义，往往会给模型的多偏置适用性、宽带特性的准确性等带来极大的挑战，加大了模型参数提取的难度；另外，经验基大信号模型的参数通常缺少物理意义，很难与器件特性建立直观的联系，从而无法对器件工艺与制作提供指导。不同于传统的经验基大信号模型，物理基大信号模型绝大多数参数均由器件物理参数推导获得，因此模型参数大多数都具有物理意义，可以对器件工艺及加工制作起到指导作用。同时模型的收敛性问题也有较大改善。因此，近两年，物理基大信号模型正逐步取代传统的经验基大信号模型，成为非线性大信号模型的研究热点。
[0003] 现有技术中提出了一套多偏置大信号模型参数提取流程，不同于传统的经验基和人工神经网络基模型，该参数提取流程不需要复杂的优化算法，仅通过拟合器件的DC-IV特性即可完成多偏置条件下的大信号模型参数提取。该工作虽然从器件表面势物理基开始计算，但是其已公开的模型对机制考虑的并不完全，诸如在氮化镓高电子迁移率器件上主导关态和偏置电压下栅漏电的Poole-Frenkel机制等效应都未纳入考量范围。
发明内容
[0004] 为了克服现有高电子迁移率器件物理基模型建模的缺点，本发明提供一种栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型，其目的在于优化高电子迁移率器件模型栅漏电的计算方法以及受此影响的大信号精度和收敛性。
[0005] 为完成上述目标，本发明所采取的技术方案包括：
[0006] 本发明一方面提供了一种栅漏电模型的优化方法，包括：
[0007] 基于表面势计算，建立高电子迁移率器件模型；
[0009] 在栅电流模块中引入蒲尔-弗朗克效应模块、陷阱辅助的隧穿效应模块、肖特基效应模块和/或跳跃传导效应模块；
[0010] 结合高电子迁移率器件模型的内部模块对栅电流模块进行分段近似和拟合。
[0011] 一些实施例中，该优化方法还包括：
[0012] 在栅漏电模型中加入变温反馈模块，并与所述高电子迁移率器件模型相对接；
[0013] 提取所述高电子迁移率器件模型中待测模块在不同温度下的变温特性，作为所述栅漏电模型的变温特性的修正项。
[0014] 其中：
[0015] 一些实施例中，上述栅电流模块的分段近似包括：
[0016] 将高电子迁移率器件模型中电压的取值分为三个范围：小于-100mV、-100mV～37.4mV和大于37.4mV；
[0017] 基于蒲尔-弗朗克效应、陷阱辅助的隧道效应和肖特基效应在不同范围内栅电流模块中的主导作用，为其设定相应的权重系数。
[0018] 一些实施例中，上述栅电流模块的拟合包括：
[0020] 以二极管模型公式简化高电子迁移率器件模型在栅压小于-100mV时由蒲尔-弗朗克效应主导的电流公式；
[0021] 以级数展开的方式取代高电子迁移率器件模型在-100mV～37.4mV的栅压范围内由蒲尔-弗朗克效应和陷阱辅助的隧道效应主导的电流公式；
[0022] 通过平滑函数连接上述三个部分，并将变温特性引入该高电子迁移率器件模型当中，完成栅漏电模型。
[0023] 一些实施例中，上述变温特性的提取包括：
[0024] 通过双脉冲测试提取高电子迁移率器件模型中待测模块在不同温度下的栅漏电数据和传输特性曲线数据；
[0025] 通过直流特性测试系统提取该待测模块在与上述条件相同的温度下栅漏电数据和传输特性曲线数据；
[0026] 对比二者数据得到器件电流的变温特性。
[0027] 一些实施例中，上述建立高电子迁移率器件模型包括：
[0028] 建立表面势计算模块，根据输入电压和器件物理参数计算源极和漏极的表面势；
[0029] 建立端口电流计算模块，根据表面势计算结果、电压参数及物理参数计算源漏间电流和栅电流；
[0030] 建立端口电荷计算模块，根据所述表面势计算结果计算栅极和漏极各自的电荷；
[0031] 建立陷阱效应计算模块，用于调节所述高电子迁移率器件模型中的DIBL参数、导通电阻和/或亚阈值区斜率；
[0032] 和/或，建立交叠电容修正计算模块，根据提取的交叠电容修正端口电荷的值；
[0033] 和/或，建立Access region非线性电阻计算模块，所述Access region非线性电阻计算模块用于描述高电子迁移率器件中栅源/栅漏之间没有电极覆盖的区域的电学特性，并结合外部参数调整该高电子迁移率器件模型中三极管节点间的电流；
[0034] 和/或，建立噪声效应模块，根据表面势计算结果及预定义参数，计算高电子迁移率器件模型中噪声引入的电流变化；
[0035] 进一步的，在高电子迁移率器件模型中加入场板结构的等效三极管，修正相关系数并重新计算端口电流和端口电荷；
[0036] 和/或，对端口电荷进行微分处理，得到主体三极管以及场板结构的等效寄生电容，修正电流输出结果；
[0037] 更进一步的，在场板结构中增加边缘电容模型，作为场板结构的修正项；
[0038] 和/或，在源漏电流之间增加耗尽层电容模型，作为耗尽电容等效结构的修正项。
[0039] 本发明另一方面提供了一种高电子迁移率器件模型，包括：
[0040] 高电子迁移率器件模型，包括表面势计算模块、端口电流计算模块和端口电荷计算模块，以及陷阱效应计算模块、交叠电容修正计算模块、access region非线性电阻计算模块、噪声效应模块、场板结构、边缘电容模型和/或耗尽层电容模型；以及[0041] 栅漏电模型，基于上述的优化方法得到。
[0042] 本发明提供的该栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型，具有以下有益效果：
[0043] 第一，本发明开发了栅漏电模型的整合模块，并提出了优化高电子迁移率器件模型栅漏电部分的方法。通过调整可以得到与建模对象匹配的栅漏电模型，提高了建模精确度，减少了建模工作量。其收敛速度相对完全考虑所有机制的栅漏电模型快50％以上；
[0044] 第二，本发明实现了对不同栅漏电机制的数学整合，能够在兼顾物理意义和准确性的前提下对器件栅漏电机制进行有效的拟合。同时其变温函数的引入也使得模型对变温的预测性更加准确；
[0046] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047] 图1为本发明实例提供的优化栅漏电模型的高电子迁移率器件模型的结构示意图；
[0048] 图2为本发明实例中栅漏电模型的内部结构示意图；
[0049] 图3为本发明实例中采用的栅漏电模型数学近似方法的示意图；
[0050] 图4为本发明实例中针对不同器件材料各个栅漏电模块对应的权重列表；
[0051] 图5为本发明实例中采用不同栅漏电模型时收敛误差和所需计算时间的趋势差异。
具体实施方式
[0052] 本发明提出一种栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型，实现针对高电子迁移率器件物理基模型的栅电流建模优化，以提高模型仿真的效率和准确性，其技术方案包括：
[0053] 步骤一：参考现有物理基高电子迁移率器件模型，建立整体模型框架。其整体思路为：根据输入电压和外部物理参量计算得到表面势，再据此建立端口电荷模型，综合外部寄生参数与器件尺寸等物理参数，计算器件端口电流。在此基础上整合高电子迁移率器件常见的效应，调整电流公式。在此基础上在根据实际器件结构调整陷阱模型和场板模型，以完成模型整体架构；
[0054] 步骤二：在此基础上，根据建模对象对应的主导栅漏电机制采用相应的模块，进行在特定区域进行分段近似和加权，并利用双脉冲法测试所得的数据整理总结其对应的变温特性，整合进栅漏电模块当中。
[0055] 其优势在于：对栅极建模更为细致，并在不牺牲运算精度前提下收敛速度提升了约50％。并且此方法针对不同器件材料和结构有充分的灵活性，可以适应不同工艺的建模需求。
[0056] 下面将以最常见的高电子迁移率器件GaN-HEMT为实施例，对本发明实施中的技术方案进行清楚，完整的描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057] 本发明的目的是提供一种栅漏电模型的优化方法及基于其的高电子迁移率器件模型，其中，对于高电子迁移率器件模型，首先建立整体模型框架，其包含表面势计算模块，端口电荷计算模块，噪声效应模块(包括闪烁噪声、热噪声及散射噪声模块)，寄生电容模块，电-热反馈计算模块等内容。在此基础上引入针对目标器件的栅电流模块，针对其变温数据整理出变化规律，再将其与前述模型框架中的变温体系进行对接。其核心内容是对栅电流模型的分段近似和拟合方法，相较已有方法的优点在于其计算效率更高，准确性亦在可接受的范围之内，收敛性和收敛速度相对于将所有机制纳入考量的模型要明显更好。
[0058] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加浅显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0059] 本发明实施例在一方面提供了一种高电子迁移率器件模型，包括基本的高电子迁移率器件模型和引入的栅漏电模型：
[0060] 如图1所示为一种基于表面势计算的高电子迁移率器件模型，其架构包括：
[0061] 表面势计算模块，利用费米-狄拉克方程的先验解，求得模型的表面势计算结果。一些实施例中，其输入变量为器件物理参数(例如阻挡层厚度、温度系数或开启电压等参量)、器件偏压等参数，输出为源极和漏极的表面势。源极和漏极的计算方式基本对称；
[0062] 端口电流计算模块，根据前面所得的表面势计算结果以及寄生电容等参数，推算端口电流的大小。一些实施例中，其输入变量为电压参数、器件尺寸等物理参数、寄生栅电容和/或平均表面势等参量，输出为端口电流，包括源漏间电流和栅电流；
[0063] 端口电荷计算模块，根据外延片参数以及前面所得的表面势计算结果，计算端口电荷的初始值，具体地，包括栅和漏各自的电荷，此计算值最终也会受到寄生电容等参数的影响；
[0064] 不同类型的陷阱效应计算模块，根据实际情况选择对应的模型使用。不同的模型分别对应不同的参数修正，其中包括器件关断电压、导通电阻、寄生电容、DIBL参数以及亚阈值区斜率等参数都会受到其影响；
[0065] 和/或，交叠(Overlap)电容修正计算模块，如图1中的Overlap电容修正计算模块，根据提取的交叠电容修正端口电荷的值；
[0066] 和/或，小信号计算模块，综合陷阱效应以及变温参数等内容，获得小信号计算所需的物理量，如亚阈值区斜率、受DIBL效应影响的关态电压或寄生栅电容等；
[0067] 和/或，寄生电荷计算模块，根据寄生电容以及端口电压计算各个端口的寄生电荷量；
[0068] 和/或，Access region非线性电阻计算模块(设置用于描述高电子迁移率器件模型中栅源/栅漏之间没有电极覆盖的区域的电学特性)，根据器件内部参数最终调节器件(或场板等效三极管)端口的电流取值。输入参量包含器件物理参数，access region的饱和速度，器件部分变温参数等；
[0069] 和/或，引入噪声效应模块，根据表面势计算结果以及部分预定义参数，计算闪烁噪声、热噪声以及散射噪声对源漏端口电流的影响；
[0070] 和/或，引入栅电流计算模块，根据输入的电压和器件物理参数计算相应的栅漏电。其具体内容见图2及后续的说明；
[0071] 和/或，引入场板效应模块，其模型结构与主体三极管模型基本相似，连接在内部节点上。具体地，依照实际器件结构加入场板结构的等效三极管，修正相应系数并用和前述相同的方式计算得到端口电荷和电流。
[0072] 一些实施例中，为实现优化的栅漏电模型，在该高电子迁移率器件模型中进一步包括：
[0073] 对场板效应模块中的端口电荷进行微分处理，得到主体三极管以及场板结构的等效寄生电容，修正电流输出结果；
[0074] 和/或，在场板结构中增加边缘电容模型，作为场板结构的修正项；
[0075] 和/或，在源漏电流之间增加耗尽层电容模型，作为耗尽电容等效结构的修正项。
[0076] 一些实施例中，对于上述具备场板结构的电流计算模型，还包括：
[0077] 根据实际结构拆分器件，组成以内部节点链接的多个等效三极管模型。考虑到源极场板结构与栅极的位置关系更加复杂，如果对其进行额外拆分并且使用另一组独立的参量名进行建模，将会影响到模型的计算效率。因此不单独对源极的场板特殊处理，而是在保证一定精度的前提下微调其他位置等效三极管的参数来进行平衡。
[0078] 需要说明的是，上述各模块及修正方法均可结合具体实施例同时存在或部分存在于高电子迁移率器件模型中，本发明对其不受限制。
[0079] 如图2所示为一种可结合上述高电子迁移率器件模型优化的栅漏电模型，本实施例中表现为一栅电流模型，根据应用对象所需要选用的模块不同，其内部的结构具体包含如下内容：
[0081] 一些实施例中，对于该PF效应模块，根据PF效应中电场强度和漏电流的关系确立主导反向漏电机制的模型公式，为保证仿真速度和收敛性，降低计算量，在该模型公式上进行简化，转化为近似于二极管公式的模型，在前述栅漏电模块当中加入变温反馈模块，使其与上述高电子迁移率器件模型中的模型框架形成对接；
[0082] 本实施例中，其主要应用于例如GaN-HEMT这类存在一定缺陷的器件，在偏置电压下由于陷阱的存在，电子热发射的门槛降低，其漏电大小会明显比仅考虑热发射的情况高。此时PF效应不可忽略，需要单独计算其漏电流。但是考虑到实际应用，此模型需要进行相应的简化，且在较低或近零的栅压下需要引入TAT模型进行平衡。
[0083] 陷阱辅助的隧道效应模块：引入Trap-Assisted tunneling效应对器件漏电效应表征的模块(即陷阱辅助的隧道效应模块，以下简称TAT模块)，一方面是为了保证低偏压/零偏压下的电荷守恒，另一方面在将栅极存在缺陷的HEMT类型纳入考量；
[0084] 一些实施例中，对于该TAT效应模块，根据TAT效应中电场强度和漏电流的关系确立较小偏压下漏电机制的模型公式，考虑到以GaN HEMT为代表的高电子迁移率器件模型在零偏置和低偏置时也存在较强的自旋极化场，为保证较低栅偏压(-100mV～37.4mV范围内)的电荷守恒，需要将其与前面所述的PF效应模块共同使用，在前述TAT效应模块当中加入变温反馈参量，使其与上述高电子迁移率器件模型中的模型框架形成对接；
[0085] 本实施例中，以GaN HEMT为实施例，此种效应在栅压较小或者为零时变得明显。由于GaN HEMT界面自旋极化场自身场强较大，此时TAT效应与PF效应共同作用以使器件端口的净电荷为零。考虑到GaN HEMT器件在此引入过多模型的运算速度较差，因此此区域内采用级数展开的方式进行数学拟合。在一定区域内以拟合函数作为等效替代。
[0086] 肖特基效应模块：引入Direct Tunneling效应(直接隧穿效应)对器件漏电效应表征的模块(以下简称DT模块)，其主要目的是表征栅压正偏时的栅电流；
[0087] 一些实施例中，对于该DT效应模块，根据肖特基效应中电场强度和漏电流的关系确立主导反向漏电机制的模型公式，由于正偏栅压下栅极的电流随偏压变化的规律近似二极管结构，为降低计算量也可以用二极管模型代替正偏部分，用分段近似的方法保证收敛性，在前述DT相关栅漏电模块当中加入变温反馈参量，使其与上述高电子迁移率器件模型中的模型框架形成对接；
[0088] 本实施例中，以GaN HEMT为实施例，此种效应主要在栅极正压时占据主导。此时其他两种效应的计算会相应被忽略，栅电流计算以DT模型为准。为简化其计算难度可以考虑以二极管模型进行代替以进一步简化运算。
[0089] 跳跃传导效应模块：引入Hopping效应(跳跃传导效应)对器件漏电效应表征的模块(以下简称HP模块)，其主要目的是表征栅极介质层缺陷较大的高电子迁移率器件的栅电流；
[0090] 一些实施例中，对于该HP效应模块，根据HP效应中电场强度和漏电流的关系确立主导反向漏电机制的模型公式，针对栅缺陷较大材料的高电子迁移率器件，主导漏电机制转变为HP效应，此模块仅作为未来可能应用前景下的备选部分，对于当前常见的应用例如GaN HEMT或GaAs HEMT参考价值较小，在前述栅漏电模块当中加入变温反馈参量，使其与上述高电子迁移率器件模型中的模型框架形成对接；
[0091] 本实施例中，跳跃传导效应主要在缺陷较为严重的情况下成为主导效应，对于前述的应用例，跳跃传导模型仅作为备选，通常不会使用。其漏电流大小和电场强度呈指数关系，受温度和电子激活能影响。
[0092] 基于上述的高电子迁移率器件模型和栅漏电模型的具体结构，本发明另一方面提供了一种优化栅漏电模型的具体实施方式，包括：
[0093] 基于表面势计算，建立上述的高电子迁移率器件模型；
[0094] 建立上述的栅电流模块；
[0095] 结合该高电子迁移率器件模型的内部模块对栅电流模块进行分段近似和拟合；
[0096] 以及，一些实施例中，还包括：
[0097] 在栅漏电模型中加入变温反馈模块，并与高电子迁移率器件模型相对接；
[0098] 提取高电子迁移率器件模型中待测模块在不同温度下的变温特性，作为栅漏电模型的变温特性的修正项。
[0099] 其中：
[0100] 一些实施例中，在栅漏电模型当中，所述的变温特性的提取方法包括：
[0101] 通过双脉冲测试提取待测器件(建模所需的电压区域内模块)在不同温度下的栅漏电数据(漏压固定时栅电流随栅压变化的数据)和传输特性曲线数据；
[0102] 通过DC测试系统提取该待测器件在与上述条件相同的温度下栅漏电数据和传输特性曲线数据；
[0103] 对比二者数据并据此得到器件电流的变温特性，用以修正栅漏电模型的变温特性。
[0104] 一些实施例中，在栅漏电模型当中，对于PF模块，TAT模块，DT模块，HP模块的分段近似包括：
[0105] 将高电子迁移率器件模型中偏置电压的取值分为三个范围：小于-100mV、-100mV～37.4mV和大于37.4mV；
[0106] 基于PF效应、TAT效应和DT效应在不同范围内栅电流模块中的主导作用，为其设定相应的权重系数；
[0107] 其中：
[0108] 器件正常工作温度(-55℃～150℃)下，偏置电压小于-100mV时，栅漏电主导机制为PF效应，另外两种效应引入的电流则较小，因此在此偏压区域内按照一定权重系数计算各个效应对应的电流；
[0109] 器件正常工作温度(-55℃～150℃)下，偏置电压在-100mV～37.4mV范围内时，PF效应与TAT效应需要着重考量，因此栅电流整体模型在此区间内需要用平滑函数同时引入对两种效应的计算，另一方面，为了简化运算和避免不必要的收敛性问题，使用平滑函数控制PF模块计算的结果，使其在低偏压和零偏压下满足电荷守恒；
[0110] 器件正常工作温度(-55℃～150℃)下，偏置电压大于37.4mV时，栅电流的主导机制转变为DT模块，为了减少运算量保证收敛性，用平滑函数降低PF模块引入的电流，由DT模块及其相关参数做主导，其他模块以一定的权重系数做出贡献。
[0111] 需要说明的是，基于上述的分段近似方法：
[0112] 在偏置电压下，某些高电子迁移率器件的栅漏电会以PF效应为主导，考虑到其计算规律相对复杂，并且精细计算不仅涉及到对栅极区域的积分，还需要提取器件内陷阱的能级，因此会非常影响计算效率。简化的近似方法是用调整过的二极管模型来表征器件的栅漏电电流。引入一个平滑函数使其在小于-100mV时成为主体函数；
[0113] 偏置栅压下，高电子迁移率器件模型中其他漏电机制仍然存在，因此根据实际应用的器件材料需要选择使用特定的补充模型以表征相应的机制；
[0114] 栅压值取值较小时，考虑多种机制会相对复杂，并严重影响模型的计算速度，因此在-100mV～37.4mV的栅压范围内拟合可以采用泰勒级数展开等方法进行近似。
[0115] 基于此，本实施例中，如图3为栅漏电模型数学近似(即分段近似)方法以及TAT/DT/PF效应不同区域占比的图解，其分段近似方法具体表现为：
[0116] 在栅压小于-100mV时，启用PF模块以及TAT模块，二者权重根据图4建议的数字进行调整；
[0117] 在栅压介于37.4mV到-100mV之间时，通过级数展开的方式与实际数据进行拟合，并保证曲线的连续性；
[0118] 在栅压大于37.4mV时，启用DT模块，PF模块以及TAT模块，二者权重根据图4建议的权重进行调整。
[0119] 其中，不同材料HEMT器件对应栅漏电模块建议的占比系数如图4，根据实际计算速度的需求，可以进行如实施例类似的近似优化方法。
[0120] 一些实施例中，在栅漏电模型当中，针对GaN HEMT这一应用实施例，其数学近似(即拟合)的方法包括：
[0121] 偏置电压大于37.4mV时，采用DT模块进行拟合，以调整参数的二极管电流模型取代器件正偏下由DT模块主导的电流公式，以减小计算量；
[0122] 偏置电压小于-100mV时以PF模块作为主体，需要加入TAT模块进行修正，以简化的电流模型取代器件偏置中高压下由PF效应主导的电流公式，减少计算量并同时保证拟合的准确性；
[0123] 偏置电压在-100mV到37.4mV范围内，以级数展开的方式取代器件在较小偏压到零偏压下PF效应和TAT效应主导的电流公式，并保证公式连续性；
[0124] 通过平滑函数将上述三个部分连接起来，并将变温特性引入模型当中，完成针对GaN HEMT的栅漏电模型。
[0125] 需要说明的是，此近似方法根据材料和器件结构的不同，不同模块所占据的比例有所不同。
[0126] 如图5所示，为不同的栅漏电模型的收敛误差和所需时间的趋势差异，其中，non表示不计算栅漏电模型仅用传统模型进行表征，simplified表示本发明所述的简化的栅漏电模型，full表示考虑所有物理效应的栅漏电模型。显然可见，基于本发明优化栅漏电模型得到的该高电子迁移率器件模型，收敛速度比完全考虑所有机制的栅模型更快，收敛精度比完全不考虑栅电流各种效应的情况要高。
[0127] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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