CN117236256A - ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ASM‑GaN HEMT的spice模型参数提取方法，涉及半导体领域，包括以下步骤：步骤一、确定器件工艺参数；步骤二、提取在线性区域时电流_电压关系曲线相关参数；步骤三、提取300K时电流_电压关系曲线相关参数；步骤四、提取与温度相关的参数。本发明提高了ASM‑GaN HEMT的spice模型直流参数提取效率和提取参数的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体的说是涉及一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法。
背景技术
基于氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)已经成为高功率、高电压、高频应用的首选。为了将这些器件的特性利用充分，需要精准的电路模拟。模拟的准确性和收敛性很大程度上取决于GaN HEMT的紧凑型模型，ASM-GaN HEMT被认为是基于物理紧凑型模型的首选，目前主要应用于工业界。该模型可以准确的描述GaN HMET器件的端电流、电荷、俘获效应、热噪声和闪烁噪声。该模型通常使用的直流参数提取方法中，将漏极电流_漏电压(id_vd)曲线和漏极电流_栅电压(id_vg)曲线区分开进行参数提取，实际很多参数对漏极电流_漏电压(id_vd)曲线和漏极电流_栅电压(id_vg)曲线都有影响，有时会在调整漏极电流_漏电压(id_vd)曲线时将之前已经调整好的漏极电流_栅电压(id_vg)曲线打乱，从而只能重新对漏极电流_栅电压(id_vg)曲线进行调整，因此需要多次重复提取，增加了参数提取的复杂性，降低了参数提取效率。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种ASM-GaN HEMT的spice模型直流参数提取方法，提高ASM-GaN HEMT的spice模型直流参数提取效率和提取参数的准确性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，包括以下步骤：
步骤一、确定器件工艺参数；
步骤二、提取在线性区域时电流_电压关系曲线相关参数；
步骤三、提取300K时电流_电压关系曲线相关参数；
步骤四、提取与温度相关的参数。
优选的，在步骤二中具体为：通过300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线以及370K时漏极电流_栅极电压曲线提取相关参数。
优选的，步骤二中的在线性区域时电流_电压关系曲线相关参数包括由300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取阈值电压参数、亚阈值斜率参数、低场迁移率参数、迁移率退化系数、源极接触电阻参数和漏极接触电阻参数；由300K时漏极电流_栅极电压曲线和370K时漏极电流_栅极电压曲线提取阈值电压的温度依赖参数、迁移率温度依赖参数、源极接触电阻和漏极接触电阻的温度依赖参数。
优选的，在步骤三中具体为：通过300K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线进行参数提取。
优选的，在步骤三中300K时电流_电压关系曲线相关参数包括由300K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取饱和速率参数、沟道长度调制效应参数、DIBL参数。
优选的，在步骤四中具体为：通过300K和370K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K和370K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线进行参数提取。
优选的，在步骤四与温度相关的参数包括：由300K和370K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K和370K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取源极接触区迁移率温度依赖参数、漏极接触区迁移率温度依赖参数、饱和速率温度依赖参数、热阻参数、源极接触电阻和漏极接触电阻的温度依赖参数。
优选的，工艺参数包括：器件长度、器件宽度、AlGaN厚度、器件栅极源极间距、器件栅极漏极间距。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种ASM-GaN HEMT的spice模型直流参数提取方法，提高了ASM-GaN HEMT的spice模型直流参数提取效率和提取参数的准确性。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法流程图；
图2为漏极电流_栅极电压(id_vg)测量值和仿真值的曲线图像示意图；
图3为跨导_栅极电压(gm_vg)测量值和仿真值的曲线图像示意图；
图4为漏极电流_漏极电压(id_vd)测量值和仿真值的曲线图像示意图；
图5为电导_漏极电压(gds_vd)测量值和仿真值的曲线图像示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明实施例公开了一种AIM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法流程图，下面将参考图1，对ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法进行详细描述。
首先，给出在步骤101确定的工艺参数。
其中GaN HEMT的器件工艺参数包括：器件长度(L)、器件宽度(W)、AlGaN厚度(TBAR)、器件栅极源极间距(LSG)、器件栅极漏极间距(LDG)等尺寸参数，这些参数一般是由器件设计人员给定。
在步骤102，提取在线性区域时电流_电压关系相关参数。
由300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取阈值电压参数(Vth)、亚阈值斜率参数(NFACTOR)、低场迁移率参数(U0)、迁移率退化系数(UA)、源极接触电阻参数(RSC)和漏极接触电阻参数(RDC)；
由300K时漏极电流_栅极电压曲线和370K时漏极电流_栅极电压曲线提取阈值电压的温度依赖参数(KT1)、迁移率温度依赖参数(UTE)、源极接触电阻温度依赖参数(KRSC)和漏极接触电阻的温度依赖参数(KRDC)；
在步骤103，提取300K时电流_电压关系曲线相关参数。
由300K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取饱和速率参数(VSAT)、沟道长度调制效应参数(LAMBDA)、DIBL效应参数(ETA0)；
在步骤104，提取与温度相关的参数。
在提取与温度相关参数时，考虑到自热效应，令自热模块参数(SHMOD)为1后再进行参数提取。由300K和370K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K和370K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取源极接触区迁移率温度依赖参数(UTES)、漏极接触区迁移率温度依赖参数(UTED)、饱和速率温度依赖参数(AT)、热阻参数(RTH0)、源极接触电阻温度依赖参数(KRSC)和漏极接触电阻的温度依赖参数(KRDC)；
这一过程完成后，ASM-GaN HEMT的spice模型参数基本确定。
下面以L＝1u，W＝100u，TBAR＝25nm，LSG＝3u，LDG＝3u的GaN HEMT在t＝27℃时的测量数据为例，按照所提出来的流程进行参数提取。按照上述步骤进行参数提取后得到的参数提取结果为：
| 参数名称 | 参数值 |
| Vth | -5.90052 |
| NFACTOR | 0.426508 |
| U0 | 0.318433 |
| UA | 0 |
| RSC | 0.00100111 |
| RDC | 0.00100111 |
| KT1 | -0.0973343 |
| UTE | -2.06738 |
| KRSC | 3.54068 |
| KRDC | 3.54068 |
| VSAT | 656843 |
| LAMBDA | 0.0369669 |
| ETA0 | 0.0714089 |
| UTES | -2.98847 |
| UTED | -2.98847 |
| AT | 1.44857 |
| RTH0 | 23.5877 |
| TNOM | 27 |
利用上述提取得到的参数值绘制的IV曲线，分别得到如下曲线示意图：
得到的漏极电流_栅极电压(id_vg)测量值和仿真值的曲线图像如图2所示。
得到的跨导_栅极电压(gm_vg)测量值和仿真值的曲线图像如图3所示。
得到的漏极电流_漏极电压(id_vd)测量值和仿真值的曲线图像如图4所示。
得到的电导_漏极电压(gds_vd)测量值和仿真值的曲线图像如图5所示。其中，Vgate表示栅极电压；Vdrain：表示漏极电压；Idrian表示漏极电流；gm表示跨导；gds表示电导；Vth表示阈值电压。
得到的漏极电流_栅极电压(id_vg)测量值和仿真值的曲线图像。
通过分析可知，用提出的ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取流程所得到的IV测量值和仿真值误差率均在2％以下，满足工程要求，证明该流程的实用性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定器件工艺参数；
步骤二、提取在线性区域时电流_电压关系曲线相关参数；
步骤三、提取300K时电流_电压关系曲线相关参数；
步骤四、提取与温度相关的参数。
2.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，在步骤二中具体为：通过300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线以及370K时漏极电流_栅极电压曲线提取相关参数。
3.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，步骤二中的在线性区域时电流_电压关系曲线相关参数包括由300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取阈值电压参数、亚阈值斜率参数、低场迁移率参数、迁移率退化系数、源极接触电阻参数和漏极接触电阻参数；由300K时漏极电流_栅极电压曲线和370K时漏极电流_栅极电压曲线提取阈值电压的温度依赖参数、迁移率温度依赖参数、源极接触电阻和漏极接触电阻的温度依赖参数。
4.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，在步骤三中具体为：通过300K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线进行参数提取。
5.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，在步骤三中300K时电流_电压关系曲线相关参数包括由300K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取饱和速率参数、沟道长度调制效应参数、DIBL参数。
6.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，在步骤四中具体为：通过300K和370K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K和370K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线进行参数提取。
7.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，在步骤四与温度相关的参数包括：由300K和370K时漏极电流_漏极电压曲线和电导_漏极电压曲线以及300K和370K时漏极电流_栅极电压曲线和跨导_栅极电压曲线提取源极接触区迁移率温度依赖参数、漏极接触区迁移率温度依赖参数、饱和速率温度依赖参数、热阻参数、源极接触电阻和漏极接触电阻的温度依赖参数。
8.根据权利要求1所述的一种ASM-GaN HEMT的spice模型参数提取方法，其特征在于，工艺参数包括：器件长度、器件宽度、AlGaN厚度、器件栅极源极间距、器件栅极漏极间距。
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