CN116362035B 一种硅基GaN HEMT器件衬底偏置效应仿真建模方法 （电子科技大学）

一种硅基GaNHEMT器件衬底偏置效应仿真一种硅基GaNHEMT器件衬底偏置效应仿真建模GaNHEMT器件在衬底偏置时由于场效应导致的受衬底偏压构建为与器件阈值漂移量一阶线性SRH统计，构建出不同脉冲衬底偏压大小与GaN终衬底偏压对模型参数的改变量输入GaNHEMT仿真验证了该模型对衬底偏置效应模拟的有效2第一步，通过求解薛定谔泊松方程得到沟道二维电子气浓度gth第四步，对硅基GaNHEMT器件进行衬底偏置应力下转移特性3缓冲层陷阱模型参数的提取基于对器件关态下的脉冲衬底偏压I_V测试，采用曲线拟合的4[0002]随着民用领域智能手机、新能源汽车等领域的发展所提出的高性能电源管理需的第一代半导体和以GaAs为代表的第二代半导体往往无法同时满足现代应用中多个方面[0003]GaNHEMT功率器件高开关频率的特点使得应用其制造的功率转换器等电力电子用的瓶颈,功率驱动、功率开关以及保护电路间由于互相分离造成的栅极驱动回路具有明5g1th[0022]第四步，对硅基GaNHEMT器件进行衬底偏置应力下转移6[0025]进一步的，缓冲层陷阱模型参数的提取基于对器件关态下的脉冲衬底偏压I_V测及GaNBuffer层的正电荷存储效应，利用SRH统计，构建出不同脉冲衬底偏压大小与GaNHEMT阈值电压和迁移率的非线性指数型关系，最终衬底偏压对模型参数的改变量输入GaN[0030]图3为本发明以陷阱能级捕获电子和GaNBuffer电荷存储效应建立的电路模型示[0033]图6为本发明衬底偏置效应模型在直流衬底偏置应力下预测阈值电压与器件阈值[0034]图7为本发明衬底偏置效应模型在脉冲衬底应力下模型预测阈值电压与器件阈值[0035]图8为本发明直流衬底偏置应力下模型预测输出特性与器件输出特性对比关系[0036]图9为本发明脉冲衬底应力下模型预测输出特性与器件输出特性对比关系图，其[0038]本发明基于图1阐述硅基GaNHEMT器件衬底偏置效应原理以及建模理论基础。衬7[0039]1.该垂直电场将通过场效应改变AlGaN/GaN界面电子能带以改变二维电子气浓[0040]2.该垂直电场会诱导电子从沟道和衬底注[0055]根据漂移扩散模型并应用缓变沟道近似，在沟道任意一点处x的漏极电流Id可表8ch的表达式如下[0059]考虑因横向电场增大造成的光学声子散射从而导致载流子速度饱和，并将式(5)VbsAlGaN<<[0074]将修正得到的Vgeff带入归一化的的ns以及核心电流表达式中，即AlGaN/GaN界面的相对位置以及载流子的密度，因此由于界面粗糙度和载流子相互散射将9n)(18)[0088]该模型对衬底偏置所导致的陷阱效应的模拟基于陷阱过程的Shockley_Read_[0095]其中分别为Fn和Fp掉至陷阱中心能级Ex时导带中电子和空穴的浓度。由上式[0096]本发明以陷阱能级捕获电子建立电路模型如图3所示，该模型将陷阱效应表示为ppHEMT器件受到一定大小之下的脉冲正衬底偏置应力后，阈值电压和导通电阻均出现了减高电子迁移率晶体管衬底偏置效应模型。本发明建立的计算模型完全基于物理且易于使[0123]使用该模型对氮化镓器件衬底偏置模型对氮化镓器件的转移和输出特性曲线进