(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211090321.6 (22)申请日 2022.09.07 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市钱塘新区白杨 街道2号大街1 158号 (72)发明人 汪洁　陈展飞　刘军　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于表面势的GaAs工艺pHEMT紧凑型模 型的建模方法 (57)摘要 一种基于表面势的GaAs工艺pHEMT紧凑型模 型的建模方法包括： 建立基于表面势的GaAs   pHEMT紧凑型本征模型； 建立基于表面势的GaAs   pHEMT紧凑型非本征模型； 结合GaAs  pHEMT器件 的物理结构和行为机理， 基于本征和非本征模型 方程架构紧凑型模型及其模型拓扑结构； 将表面 势基GaAs  pHEMT紧凑型模型， 采用Verilog ‑A语 言进行描述； 给出紧凑型模型参数提取方法。 该 方法解决了现有的GaAs  PHEMT模型很难描述复 杂的、 非均匀的表面势函数特性、 近似解不精确 的问题， 以及沟道电荷模型方程不连续、 无法用 于非线性电路仿真的问题。 权利要求书4页 说明书9页 附图4页 CN 115408872 A 2022.11.29 CN 115408872 A 1.一种基于表面势的GaAs工艺pHEMT紧凑型模型的建模方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1、 本征模型 方程推导， 建立基于表面势的GaAs  pHEMT紧凑型本征模型； S2、 非本征模型 方程推导， 建立基于表面势的GaAs  pHEMT紧凑型非本征模型； S3、 结合GaAs  pHEMT器件的物理结构和行为机理， 基于表面势机理推导建立GaAs   pHEMT器件本征和非本征模型 方程架构紧凑型模型及模型拓扑 结构； S4、 将步骤S3建立的GaAs  pHEMT器件本征和非本征模型方程架构紧凑型模型及模型拓 扑结构， 采用Veri log‑A语言进行描述得到紧凑型模型； S5、 紧凑型模型参数提取和模型验证 S5‑1、 对实际GaA s pHEMT器件进行在片测试， 获得GaA s pHEMT器件的性能测试数据， 包 括器件直 流特性、 交流特性、 射频 特性， 基于测试 数据对紧凑型模型实现参数提取； S5‑2、 紧凑型模型验证， 给出测试与仿真的器件输出特性、 转移特性、 跨导特性、 电容 ‑ 电压特性、 射频 特性曲线对比。 2.如权利要求1所述的一种基于表面势的GaAs  pHEMT紧凑型模型的建模方法， 其特征 在于， 所述步骤S1具体如下： S1‑1、 将GaAs  pHEMT费米势和异质结的影响直接写入泊松方程， 根据沟道中载流子分 布写出泊松方程(1)， 表达式如下： 其中Ψs为表面电势， q为电荷量， vInGaAs为介电常数， 右边中括号里的NInGaAs为多子电子， PInGaAs为少子空穴； 建立表征GaAs  pHEMT不同的器件结构和器件机理的基于表面势的GaAs  pHEMT紧凑型 本征模型， 表达式如下： 在GaAs pHEMT表面势Ψs表现为(Vgs－Vfb)和Vcs的隐函数， Vgs是栅源电压， Vcs是施加在 沟道与源之间的电压， Vfb为平带电压， γ为体因子， ΨF为费米势， VT为阈值电压； S1‑2、 对步骤S1 ‑1建立的基于表面势的GaAs  pHEMT紧凑型本征模型(2)进行求解， 利用 能带关系和沟道中的泊松方程求出沟道内耗尽区和积累区的表面势初解， 应用泰勒级 数展 开近似的方法， 获得表面势Ψs的近似解析解； S1‑3、 首先根据步骤S1 ‑2获得表面势Ψs的近似解析解， 将GaAs  pHEMT器件工作区细分 成三个区， 分别为Ψs<0， 0<Ψs<3VT， Ψs>3VT， 然后分别通 过公式(3)～(5)对上述三个区求解 电荷密度qi： 在Ψs<0时， 电荷 密度qi的计算见公式(3)，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115408872 A 2在0<Ψs<3VT时， 电荷密度qi的计算见公式(4)， 在Ψs>3VT时， 电荷密度qi的计算见公式(5)， S1‑4、 根据上述求解的电荷密度qi， 电荷密度沿着y方向积分所得端电荷， 通过以下 公式 (6)～(8)建立电荷模型， 公式(6)～(8)分别为全工作区的漏电荷Qdd、 源电荷Qss、 栅电荷Qgg 的方程； 其中 μ为电子 迁移率， W 为栅宽， L为栅长； 把器件电荷分为三个端电荷： 漏电荷Qdd、 源电荷Qss、 栅电荷Qgg， 利用这三个端电荷对端 电压进行偏微分可以得到 6个电容： i和j可设置为GaAs  pHEMT的栅极 G、 漏极D、 源极S。 3.如权利要求2所述的一种基于表面势的GaAs  PHEMT紧凑型模型的建模方法， 其特征 在于， 所述步骤S2具体如下： S2‑1、 建立栅源泄漏电流方程和栅漏泄漏电流方程 采用如S1 ‑2中所述的表面势的近似解析求解方法， 计算得到肖特基结的表面势， 建立 肖特基结模型， 根据不同偏压、 温度条件下栅泄漏电流的输运机制， 推导栅泄漏电流方程， 得到准确的栅泄漏电流， 其中栅泄漏电流与栅面积成正比， 热辅助隧穿输运模式是主要的 电荷输运机制， 使用方程(10)～(13)表征非本征结构模型栅源泄漏电流Igs、 栅漏泄漏电流 Igd：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115408872 A 3