KR20020093958A - Semi-physical modeling of hemt dc-to-high frequency electrothermal characteristics - Google Patents

Semi-physical modeling of hemt dc-to-high frequency electrothermal characteristics Download PDF

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KR20020093958A
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Abstract

본 발명은, 반도체 디바이스의 채널 온도 및 내부 전하/전계 구조에 대해서 자기 일관성이 있게(self-consistently) 해결하기 위해 분석적 열 저항 모델(analytical thermal resistance model)이 결합된 반-물리적인 디바이스 모델(도 45)을 이용하는 반도체 모델링 방법에 관한 것이다.The present invention provides a semi-physical device model in which an analytical thermal resistance model is combined to self-consistently solve the channel temperature and internal charge / field structure of a semiconductor device. A semiconductor modeling method using 45) is provided.

Description

HEMT DC-고주파수 전열 특성에 대한 반-물리적인 모델링{SEMI-PHYSICAL MODELING OF HEMT DC-TO-HIGH FREQUENCY ELECTROTHERMAL CHARACTERISTICS}SEM-PHYSICAL MODELING OF HEMT DC-TO-HIGH FREQUENCY ELECTROTHERMAL CHARACTERISTICS}

HEMT 기술은 고주파수(마이크로파에서 밀리미터파까지) 및 고전력 레벨에서 특출한(unparalleled) 고성능 특성을 갖는 RF 성분을 제공한다. 이처럼, HEMT는 여러 RF 응용에서 사용되는 것으로 알려져 있다. 불행히도, 고전력 레벨 응용은 또한 HEMT 성분을 고온 레벨로 상승시키는 높은 레벨의 DC 전력 소산(dissipation)을 필요로 한다. 현재, HEMT 디바이스의 전열(electrothermal) 및 열 특성을 모델링하기 위한 두 가지 주요한 방법이 있다, 즉 유한 요소 열 시뮬레이션 및 물리적인 디바이스 시뮬레이션.HEMT technology provides RF components with high performance characteristics that are unparalleled at high frequencies (from microwave to millimeter waves) and at high power levels. As such, HEMTs are known to be used in many RF applications. Unfortunately, high power level applications also require a high level of DC power dissipation that raises the HEMT component to a high temperature level. At present, there are two main methods for modeling the electrothermal and thermal properties of HEMT devices: finite element thermal simulation and physical device simulation.

유한한 요소의 열 시뮬레이션은 반도체 디바이스의 레이아웃 의존 열전도 특성을 시뮬레이션 하는데 사용된다. 이러한 시뮬레이션은, 디바이스 레이아웃의 2차원 횡단면을 시뮬레이션한 다음, 직교 방향으로 반-무한 열 상태(semi-infinite thermal condition)를 가정하는 소위 준-3차원 모델링을 하거나 3차원 디바이스 레이아웃을 완전히 시뮬레이션 하는 것 중 어느 하나를 하여 달성될 수 있다. 완전 3차원 접근법은 훨씬더 뛰어난 계산 능력과 정교한 소프트웨어를 필요로 하기 때문에, 준-3차원 접근법이 좀 더 일반적으로 사용되는 것으로 알려져 있다. 이러한 접근법의 전형적인 예가 도 1에 도시되어 있으며, 도 1은 HEMT 디바이스 레이아웃에 대한 유한 요소 메시(mesh)를 도시한다. 이러한 디바이스 레이아웃은 모든 HEMT 디바이스를 대표한다.Finite element thermal simulation is used to simulate the layout-dependent thermal conduction characteristics of semiconductor devices. Such a simulation involves simulating a two-dimensional cross section of a device layout and then performing so-called quasi-three-dimensional modeling that assumes semi-infinite thermal conditions in an orthogonal direction or fully simulating a three-dimensional device layout. It can be achieved by any one of. Because full three-dimensional approaches require much more computational power and sophisticated software, quasi-three-dimensional approaches are known to be more commonly used. A typical example of this approach is shown in FIG. 1, which shows a finite element mesh for the HEMT device layout. This device layout is representative of all HEMT devices.

유한 요소 열 시뮬레이션은 디바이스들의 열전도에 대한 정확한 추정을 제공하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법이 갖는 주요한 결점은 디바이스의 전기적 특성을 조정하기 위해 디바이스의 계산된 채널 온도를 전기적 시뮬레이션으로 다시 연결할 수 없다는 점이다. 게다가, 이러한 접근법은 열 소스로, 전형적으로는 일정한 상태를 유지하는 진성 디바이스 내에서 소산되는(dissipate) DC 전력을 가정한다. 그러나, 실제로 DC 전력 소산은 또한 온도에 따라 변한다. 따라서, 정확한 전열 시뮬레이션을 위해, 소위 자기 가열(self heating) 효과가 고려되어야 한다.Finite element thermal simulation is known to provide an accurate estimate of the thermal conduction of devices. However, a major drawback of this approach is that it is not possible to reconnect the calculated channel temperature of the device back to electrical simulation to adjust the electrical characteristics of the device. In addition, this approach assumes DC power as the heat source, typically dissipate in intrinsic devices that remain constant. In practice, however, DC power dissipation also varies with temperature. Therefore, for accurate electrothermal simulation, the so-called self heating effect should be considered.

상술된 바와 같이, 전체 전열 특성은 소위 물리적인 디바이스 시뮬레이터로부터 시뮬레이션될 수 있다. 물리적인 디바이스 시뮬레이터는 디바이스의 구조 내의 물리적인 동작을 시뮬레이션하기 위해 물질 특성 및 기본적인 디바이스의 물리적 특성에 대한 포괄적인 지식을 사용하는 것으로 알려져 있다. 비록 유한 요소 접근법이 열도체를 또한 병합하는 전열 시뮬레이션에 일반적으로 사용되지만, 시뮬레이터는 유한 요소 또는 몬테 카를로(Monte Carlo) 접근법에 기초한다. 이러한 툴이 성능을 시뮬레이션하기 위해 물리적 구조를 사용하기 때문에, 시뮬레이션된 전열 성능과 디바이스의 물리적인 특성 사이의 일치도(correspondence)는 상대적으로 강하다. 그러나, 실제로 측정된 고주파수 전기 특성을 정확하게 모델링하기 위한 디바이스 시뮬레이터의 능력은 상대적으로 부정확하다. 일반적으로, 이러한 시뮬레이션 툴은 DC 특성에 대해 꽤 유용한 모델링을 달성할 수 있지만, 정확한 고주파수 시뮬레이션에 사용될 수 없다. 따라서, 고주파수에서 상대적으로 정확한 결과를 제공하는 전열 반도체 디바이스 모델이 필요하다.As mentioned above, the overall heat transfer characteristics can be simulated from a so-called physical device simulator. Physical device simulators are known to use comprehensive knowledge of material properties and basic device physical properties to simulate physical behavior within the device's structure. Although finite element approaches are commonly used in electrothermal simulations that also incorporate thermal conductors, the simulator is based on the finite element or Monte Carlo approach. Because these tools use physical structures to simulate performance, the correspondence between the simulated heat transfer performance and the physical characteristics of the device is relatively strong. However, the device simulator's ability to accurately model the measured high frequency electrical properties is relatively inaccurate. In general, such simulation tools can achieve quite useful modeling for DC characteristics, but cannot be used for accurate high frequency simulation. Thus, there is a need for electrothermal semiconductor device models that provide relatively accurate results at high frequencies.

관련 출원에 대한 상호참조Cross Reference to Related Application

본 출원은 2000년 4월 28일에 출원된 U.S. 특허 출원(제 60/200,648호)의 부분계속출원이며, 상기 U.S. 특허 출원을 우선권으로 청구한다.This application is filed U.S. Patent Application on April 28, 2000. It is a partial application of the patent application (No. 60 / 200,648), the U.S. Claim a patent application with priority.

본 출원은, 2000년 10월 5일에 출원된, 다음의 공통 소유의 공동계류중인 특허 출원 일련 번호 09/680, 339호, 즉 로저 짜이(Roger Tsai)에 의한, FET 등가 회로 모델 파라미터의 유니크한 결정을 위한 방법(METHOD FOR UNIQUE DETERMINATION OF FET EQUIVALENT CIRCUIT MODEL PARAMETERS)에 관한 것이다. 본 출원은, 2000년, 4월 28일에 모두 출원된, 다음의 공통 소유의 공동 계류중인 특허 출원, 즉 로저 짜이에 의한, 일련 번호 60/200,307호(해외대리인 관리 번호 12-1114)의, 반도체 디바이스용 S-파라미터 마이크로스코피(S-PARAMETER MICROSCOPY FOR SEMICONDUCTOR DEVICES)와; 로저 짜이에 의한, 일련 번호 60/200,810호(해외 대리인 관리 번호 12-1116)의, π-FET 레이아웃을 위한 임베딩 기생 모델(EMBEDDING PARASITIC MODEL FOR PI-FET LAYOUTS)과; 로저 짜이에 의한, 일련 번호 60/200,290호(해외 대리인 관리번호 12-1119)의, HEMT 고주파수 잡음 등가 회로 모델에 대한 반-물리적인 모델링(SEMI-PHYSICAL MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY NOISE EQUIVALENT CIRCUIT MODELS)과; 로저 짜이에 의한, 일련 번호 60/200,666호(해외 대리인 관리번호 12-1120)의, HEMT 고주파수 소신호 등가 회로 모델에 대한 반-물리적인 모델링(SEMI-PHYSICAL MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY SMALL-SIGNAL EQUIVALENT CIRCUIT MODELS)과; 로저 짜이 및 야오청 첸에 의한, 일련 번호 60/200,622호(해외 대리인 관리 번호 12-1127)의, 대신호 및 비-선형 마이크로파/밀리미터파 회로 CAD를 위한 하이브리드 반-물리적인 및 데이터 피팅 HEMT 모델링 접근법(HYBRID SEMI-PHYSICAL AND DATA FITTING HEMT MODELING APPROACH FOR LARGE SIGNAL AND NON-LINEAR MICROWAVE/MILLIMETER WAVE CIRCUIT CAD)과; 로저 짜이에 의한, 일련 번호 60/200,302호(해외 대리인 관리 번호 12-1128)의, PM2: 반도체 디바이스 기술 모델링을 위한 모델 방법을 측정하기 위한 프로세스 퍼터베이션(PM2: PROCESS PERTURBATION TO MEASURE MODEL METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE TECHNOLOGY MODELING)에 또한 관한 것이다.This application is a unique application of FET equivalent circuit model parameters, as filed on October 5, 2000, by the following commonly owned co-pending patent application Ser. Nos. 09/680, 339, that is, Roger Tsai. METHOD FOR UNIQUE DETERMINATION OF FET EQUIVALENT CIRCUIT MODEL PARAMETERS. This application is filed under serial number 60 / 200,307 (foreign agent management number 12-1114), filed on April 28, 2000, by: S-PARAMETER MICROSCOPY FOR SEMICONDUCTOR DEVICES for semiconductor devices; EMBEDDING PARASITIC MODEL FOR PI-FET LAYOUTS, for the π-FET layout of Roger No. 60 / 200,810 (International Agent Control No. 12-1116); SEC-PHYSICAL MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY NOISE EQUIVALENT CIRCUIT MODELS of the HEMT High Frequency Noise Equivalent Circuit Model of Roger No. 60 / 200,290 (International Agent Control No. 12-1119) ; Semi-Physical MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY SMALL-SIGNAL EQUIVALENT CIRCUIT of Roger No. 60 / 200,666 (International Agent Control No. 12-1120) for HEMT high frequency small signal equivalent circuit model MODELS); Hybrid semi-physical and data fitting HEMT modeling for large-signal and non-linear microwave / millimeter wave circuit CAD, serial number 60 / 200,622 (overseas agent control number 12-1127), by Roger Cai and Yaocheng Chen HYBRID SEMI-PHYSICAL AND DATA FITTING HEMT MODELING APPROACH FOR LARGE SIGNAL AND NON-LINEAR MICROWAVE / MILLIMETER WAVE CIRCUIT CAD; PM 2 : PROCESS PERTURBATION TO MEASURE MODEL METHOD of Roger No. 60 / 200,302 (International Agent Control No. 12-1128), PM 2 , for measuring model methods for semiconductor device technology modeling. FOR SEMICONDUCTOR DEVICE TECHNOLOGY MODELING).

본 발명은 반도체 디바이스를 모델링하기 위한 방법에 관한 것이며, 좀더 상세하게는, 반도체 디바이스의 채널 온도 및 내부 전하/전계 구조에 대해 자기 일관되게(self-consistently) 해결하기 위해 분석적 열 저항 모델이 결합된 반-물리적인 디바이스 모델을 사용하는 반도체 디바이스의 열(thermal) 및 전기 특성을 모델링하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for modeling a semiconductor device, and more particularly, to an analytical thermal resistance model coupled to self-consistently solve the channel temperature and internal charge / field structure of a semiconductor device. A method of modeling thermal and electrical properties of a semiconductor device using a semi-physical device model.

도 1은 HEMT 디바이스 레이아웃을 위한 알려진 유한한 요소 메시를 예시한 도면.1 illustrates a known finite element mesh for a HEMT device layout.

도 2는 200℃인 주위 온도에서 측정된 반-물리적인 모델 DC I-V 특성을 예시한 그래프.2 is a graph illustrating the semi-physical model DC I-V characteristics measured at ambient temperature at 200 ° C.

도 3은 도 2와 유사하지만 주위 온도가 25℃인 경우의 그래프.3 is a graph similar to FIG. 2 but with an ambient temperature of 25 ° C. FIG.

도 4는 자기 가열의 큰 주변의 8 핑거를 갖는 600㎛ 게이트 주변 디바이스 셀을 위한 25℃의 주위 온도에서 측정된 DC I-V 특성과 자기-물리적으로 모델링된 DC I-V 특성의 비교를 예시한 그래프.FIG. 4 is a graph illustrating the comparison of DC I-V characteristics and self-physically modeled DC I-V characteristics measured at an ambient temperature of 25 ° C. for a 600 μm gate peripheral device cell with large peripheral 8 fingers of self heating.

도 5는 HEMT 디바이스에 대한 소신호 등가 회로 모델을 예시적으로 도시하는 개략도.5 is a schematic diagram illustratively showing a small signal equivalent circuit model for a HEMT device.

도 6은 도 1의 소신호 회로 모델에서 예시되어 있는 등가 회로 요소 각각에 대한 물리적 원점(origin)의 대략적인 이동(translation)을 도시하는 예시적인HEMT의 단면도.6 is a cross-sectional view of an exemplary HEMT showing the approximate translation of the physical origin for each of the equivalent circuit elements illustrated in the small signal circuit model of FIG.

도 7은 도 5에 도시되어 있는 소신호 등가 회로 모델에서 여러 가지 회로 요소에 대응하는 HEMT 내의 영역을 도시하는 HEMT 단면도.FIG. 7 is a HEMT cross-sectional view illustrating regions in the HEMT corresponding to various circuit elements in the small signal equivalent circuit model shown in FIG. 5; FIG.

도 8은 본 발명의 일 양상에 따라 자기-물리적인 모델링 방법을 사용하며 상대적으로 정확한, 측정된 I-V 특성과 모델링된 I-V 특성의 예를 도시한 도면.FIG. 8 illustrates examples of measured and modeled I-V characteristics and relatively accurate, using self-physical modeling methods in accordance with an aspect of the present invention.

도 9는 예시적인 HEMT에 대한 epi 스택을 도시하는 측면도.9 is a side view illustrating an epi stack for an exemplary HEMT.

도 10은 HEMT 및 예시적인 epi 스택에 대한 HEMT의 단면도.10 is a cross-sectional view of HEMT for HEMT and an exemplary epi stack.

도 11은 도 7에 도시된 예시적인 epi 스택에 대한 T-게이트 모양(geometry)에 속하는 단면 파라미터의 확대도.FIG. 11 is an enlarged view of a cross section parameter belonging to the T-gate geometry for the exemplary epi stack shown in FIG. 7. FIG.

도 12는 반-물리적 예에 사용되는 전기적 컨덕턴스 모델을 도시하는 도면.12 illustrates an electrical conductance model used in a semi-physical example.

도 13은 본 발명에 따른 방법에 따라 시뮬레이션된 측정된 S-파라미터 대 모델링된 S-파라미터(S11, S12, 및 S22)를 도시하는 스미스 차트(Smith chart).FIG. 13 is a Smith chart showing measured S-parameters vs. modeled S-parameters S11, S12, and S22 simulated according to the method according to the invention.

도 14는 S21 파라미터에 대한 측정치 대 모델링 값을 예시한 도면.FIG. 14 illustrates measurements versus modeling values for S21 parameters. FIG.

도 15는 도 14와 유사하지만 S12 S-파라미터에 대한 측정 값 대 모델링 값을 도시하는 도면.FIG. 15 is similar to FIG. 14 but shows measured versus modeling values for S12 S-parameters. FIG.

도 16은 본 발명에 따라 반-물리적으로 모델링된 I-V 특성에 비선형 데이터-피팅 모델의 피팅을 도시하는 그래프.FIG. 16 is a graph showing the fitting of a non-linear data-fitting model to semi-physically modeled I-V characteristics in accordance with the present invention. FIG.

도 17은 예시적인 HEMT 디바이스의 내부 영역과 외부 영역을 도시하는 도면.17 illustrates an interior region and an exterior region of an exemplary HEMT device.

도 18은 도 16과 유사하지만 도 16에 도시된 HEMT FET 디바이스 내의 모델 요소의 근사 위치를 도시하는 도면.FIG. 18 is a view similar to FIG. 16 but showing an approximate location of model elements within the HEMT FET device shown in FIG. 16.

도 19는 공통 소스의 FET 등가 회로 모델의 개략도.19 is a schematic diagram of a FET equivalent circuit model of a common source.

도 20은 도 16에 도시된 S-파라미터 마이크로스코프의 특정 어플리케이션을 도시하는 도면.20 illustrates a particular application of the S-parameter microscope shown in FIG. 16. FIG.

도 21은 도 16과 유사하며, 알려진 시스템으로는 반도체 디바이스의 전계 구조와 내부 전하를 정확하게 예측할 수 없는 것을 설명하는 도면.FIG. 21 is similar to FIG. 16, illustrating that the electric field structure and internal charge of a semiconductor device cannot be accurately predicted with known systems;

도 22는 4개의 핑거가 있는, 200㎛의 GaAs HEMT 디바이스의 평면도.22 is a top view of a 200 μm GaAs HEMT device with four fingers.

도 23은 도 22에 도시된 샘플 FET 디바이스에서 드레인-소스 전압(Vds)의 함수로서, 측정된 드레인-소스 전류(Ids)를 도시하는 그래프.FIG. 23 is a graph showing measured drain-source current Ids as a function of drain-source voltage Vds in the sample FET device shown in FIG.

도 24는 도 22에 도시된 샘플 FET 디바이스의 게이트-소스 전압(Vgs)의 함수로서 드레인-소스 전류(Ids)와 트랜스컨덕턴스(Gm)를 도시하는 그래프.FIG. 24 is a graph showing drain-source current Ids and transconductance Gm as a function of gate-source voltage Vgs of the sample FET device shown in FIG.

도 25는 도 22에 도시된 FET 디바이스에서 0.05 내지 40.05 GHz의 주파수에서 측정된 S11, S12, 및 S22 파라미터를 도시하는 스미스 차트.FIG. 25 is a Smith chart showing S11, S12, and S22 parameters measured at a frequency of 0.05 to 40.05 GHz in the FET device shown in FIG. 22. FIG.

도 26은 도 22에 도시된 예시적인 FET에서 0.05 내지 40 GHz의 주파수에 대해 S21 S-파라미터의 각도의 함수로서 크기를 도시하는 그래프.FIG. 26 is a graph showing magnitude as a function of angle of the S21 S-parameter for a frequency of 0.05-40 GHz in the example FET shown in FIG. 22.

도 27은 본 발명에 따라 바이어스의 함수로서 Rs로 표시된 온 메사(on mesa) 소스 액세스 영역 내의 전하의 전하 제어 맵 및 전계 분포를 도시하는 그래프.FIG. 27 is a graph showing a charge control map and electric field distribution of charge in an on mesa source access region, denoted Rs, as a function of bias in accordance with the present invention.

도 28은 본 발명에 따라 바이어스의 함수로서 Rd로 표시된 온-메사 드레인 액세스 영역 내의 전하의 전하 제어 맵 및 전계 분포를 도시하는 그래프.FIG. 28 is a graph showing a charge control map and electric field distribution of charge in an on-mesa drain access region, denoted Rd, as a function of bias in accordance with the present invention;

도 29는 본 발명에 따라 바이어스의 함수로서 Ri로 표시된, 비-준 정적인(non-quasi static) 다수 커리어 전송에 대한 전하 제어 맵을 도시하는 그래프.FIG. 29 is a graph illustrating the charge control map for non-quasi static majority career transfer, denoted Ri as a function of bias in accordance with the present invention.

도 30은 본 발명에 따라 바이어스의 함수로서 Cgs와 Cgt로 표시된, 게이트 아래에서 게이트 변조 전하 및 분포에 대한 전하 제어 맵을 도시하는 그래프.30 is a graph showing a charge control map for gate modulated charge and distribution under the gate, denoted as Cgs and Cgt as a function of bias in accordance with the present invention.

도 31은 두 개의 게이트 핑거가 있는 예시적인 π-FET의 평면도.31 is a top view of an exemplary π-FET with two gate fingers.

도 32는 4개의 게이트 핑거가 있는 π-FET의 평면도.32 is a top view of a π-FET with four gate fingers.

도 33은 본 발명에 따라 π-FET 기생 모델을 도시하는 도면.Figure 33 illustrates a π-FET parasitic model in accordance with the present invention.

도 34는 본 발명에 따라 π-FET 에 대한 오프-메사 기생 모델을 도시하는 도면.34 illustrates an off-mesa parasitic model for π-FETs in accordance with the present invention.

도 35는 도 32에 도시된 바와 같이 4개의 게이트 핑거가 있는 π-FET에 대해 본 발명에 따른 상호접속 및 경계 기생 모델(interconnect and boundary parasitic model)을 도시하는 도면.FIG. 35 shows an interconnect and boundary parasitic model according to the present invention for a π-FET with four gate fingers as shown in FIG.

도 36은 본 발명에 따라 상호-전극 기생 모델을 도시하는 도면.36 illustrates a cross-electrode parasitic model in accordance with the present invention.

도 37은 도 36에 도시된 상호-전극 기생 모델의 개략도.FIG. 37 is a schematic representation of the inter-electrode parasitic model shown in FIG. 36.

도 38은 본 발명에 따라 온-메사 기생 모델을 도시하는 도면.FIG. 38 illustrates an on-mesa parasitic model in accordance with the present invention. FIG.

도 39는 도 38에 도시된 온-메사 기생 모델의 개략도.FIG. 39 is a schematic diagram of the on-mesa parasitic model shown in FIG. 38.

도 40은 본 발명에 따른 고유 모델을 도시하는 도면.40 shows an eigenmodel according to the invention.

도 41은 도 40에 도시된 고유 모델의 개략도.FIG. 41 is a schematic diagram of the eigenmodel shown in FIG. 40;

도 42a는 4개의 게이트 핑거가 있는 π-FET의 예시적인 디바이스 레이아웃을 도시하는 도면.42A shows an exemplary device layout of a π-FET with four gate fingers.

도 42b는 도 42a에 도시된 π-FET에 대한 등가 회로 모델을 도시하는 도면.FIG. 42B shows an equivalent circuit model for π-FET shown in FIG. 42A. FIG.

도 43은 본 발명에 따라 단일 핑거 단위 디바이스 셀 고유 모델을 도시하는 도면.FIG. 43 illustrates a single finger unit device cell unique model in accordance with the present invention. FIG.

도 44는 도 43과 유사하며 본 발명에 따른 제 1 임베딩 레벨을 도시하는 도면.FIG. 44 is similar to FIG. 43 and illustrates a first embedding level in accordance with the present invention.

도 45는 도 43과 유사하며 본 발명에 따른 제 2 임베딩 레벨을 도시하는 도면.45 is a view similar to FIG. 43 and showing a second embedding level in accordance with the present invention.

도 46은 본 발명에 따라 도 42a에 도시된 π-FET의 등가 회로 모델을 도시하는 도면.FIG. 46 illustrates an equivalent circuit model of π-FET shown in FIG. 42A in accordance with the present invention. FIG.

도 47은 도 45와 유사하며, 본 발명에 따른 제 3 임베딩 레벨을 도시하는 도면.FIG. 47 is similar to FIG. 45 and illustrates a third embedding level in accordance with the present invention.

도 48은 도 45와 유사하며 본 발명에 따른 제 4 임베딩 레벨을 도시하는 도면.FIG. 48 is similar to FIG. 45 and illustrates a fourth embedding level in accordance with the present invention.

도 49는 도 45와 유사하며 본 발명에 따른 제 5 임베딩 레벨을 도시하는 도면.FIG. 49 is similar to FIG. 45 and illustrates a fifth embedding level in accordance with the present invention.

도 50a 및 도 50b는 본 발명의 일부를 형성하는 파라미터 추출 모델링 알고리즘의 흐름도.50A and 50B are flowcharts of a parameter extraction modeling algorithm that forms part of the present invention.

도 51 및 도 52는 본 발명에 따른 에러 메트릭(error metric)을 도시한 도면.51 and 52 illustrate an error metric in accordance with the present invention.

도 53a는 0.05 내지 40.05 GHz의 주파수에서 S11, S12, 및 S22 S-파라미터에 대해 측정된 솔루션 대 초기 모델 솔루션을 도시하는 스미스 차트.FIG. 53A is a Smith chart showing the solution versus initial model solution measured for S11, S12, and S22 S-parameters at a frequency of 0.05-40.05 GHz. FIG.

도 53b는 0.05 내지 40GHz 주파수에서 초기 모델링된 S-파리미터(S21)에 대한 각도 대 크기를 도시하는 그래프.FIG. 53B is a graph showing angle versus magnitude for S-parameter S21 initially modeled at a frequency of 0.05-40 GHz. FIG.

도 54a는 제 1 추출 최적화 사이클 동안 0.05 내지 40 GHz 주파수에서 측정된 S-파라미터 대 시뮬레이션된 S-파라미터(S11, S12, 및 S22)를 도시하는 스미스 차트.FIG. 54A is a Smith chart showing S-parameters versus simulated S-parameters S11, S12, and S22 measured at a frequency of 0.05-40 GHz during a first extraction optimization cycle. FIG.

도 54b 는 제 1 최적화 사이클 동안 0.05 내지 40 GHz 주파수에서 측정 및 제 1 최적화된 모델 (S21) 파라미터에 대한 각도의 함수로서 크기를 도시하는 그래프.54B is a graph showing magnitude as a function of angle for measurement and first optimized model (S21) parameter at a frequency of 0.05 to 40 GHz during a first optimization cycle.

도 55a는 최종 솔루션에 대한 0.05 내지 40.05 GHz 주파수에서 S-파라미터(S11, S12, 및 S22)에 대한 최종 모델 솔루션의 함수로서 측정값을 도시하는 스미스 차트.55A is a Smith chart showing measurements as a function of final model solution for S-parameters S11, S12, and S22 at a frequency of 0.05 to 40.05 GHz for the final solution.

도 55b는 0.05 내지 40 GHz 주파수에서 최종 모델 솔루션의 S-파라미터 (S21)에 대한 각도의 함수로서 크기를 도시하는 그래프.55B is a graph showing magnitude as a function of angle for S-parameter S21 of the final model solution at frequencies from 0.05 to 40 GHz.

도 56은 반-물리적으로 모델링된 소신호 대 측정된 소신호(Gm)를 도시하는 그래프.FIG. 56 is a graph showing semi-physically modeled small signal versus measured small signal (Gm). FIG.

도 57은 소-신호 출력 컨덕턴스(Rds)의 반-물리적으로 시뮬레이션된 바이어스 의존성을 도시하는 그래프.FIG. 57 is a graph showing the semi-physically simulated bias dependency of small-signal output conductance Rds.

도 58은 소신호 게이트-소스 및 게이트-드레인 커패시턴스(Cgs 및 Cgd)의 반-물리적으로 시뮬레이션된 바이어스 의존성을 도시하는 그래프.FIG. 58 is a graph showing semi-physically simulated bias dependence of small signal gate-source and gate-drain capacitances (Cgs and Cgd). FIG.

도 59는 소신호 게이트 소스 충전 저항(Ri)의 반-물리적으로 시뮬레이션된바이어스 의존성을 도시하는 그래프.FIG. 59 is a graph showing the semi-physically simulated bias dependency of small signal gate source charge resistor Ri. FIG.

도 60은 소신호 소스 및 드레인 저항(Rs 및 Rd)의 반-물리적인 바이어스 의존성을 도시하는 그래프.FIG. 60 is a graph showing the semi-physical bias dependence of small signal source and drain resistors Rs and Rd. FIG.

도 61은 K-대역의 MMIC 증폭기에 대해 23.5 GHz에서 측정된 바이어스 의존성 이득 대 모델링된 바이어스 의존성 이득을 도시하는 그래프.FIG. 61 is a graph showing bias dependent gain vs. modeled bias dependency gain measured at 23.5 GHz for a K-band MMIC amplifier. FIG.

도 62a 및 도 62b는 프로세스 제어 모니터 테스팅을 위해 측정된 디바이스 I-V 파라미터로부터 추출된 파라미터를 도시하는 그래프.62A and 62B are graphs showing parameters extracted from device I-V parameters measured for process control monitor testing.

도 63은 Gmpk 및 Vgspk에 대해 측정된 프로세스 변동 대 반-물리적으로 시뮬레이션된 프로세스 변동(process variation)을 도시하는 그래프.FIG. 63 is a graph showing the process variation measured for Gmpk and Vgspk versus the anti-physically simulated process variation. FIG.

도 64는 Idspk 및 Gmpk에 대해 측정된 프로세스 변동 대 반-물리적으로 시뮬레이션된 프로세스 변동을 도시하는 그래프.64 is a graph depicting measured process variation versus anti-physically simulated process variation for Idspk and Gmpk.

도 65는 Imax 및 Vpo에 대해 측정된 프로세스 변동 대 반-물리적으로 시뮬레이션된 프로세스 변동을 도시하는 그래프.FIG. 65 is a graph depicting measured process variation versus anti-physically simulated process variation for Imax and Vpo. FIG.

도 66은 소신호 등가 모델(Rds 및 Gm)에 대해 측정/추출된 프로세스 변동 대 반-물리적으로 시뮬레이션된 프로세스 변동을 도시하는 그래프.FIG. 66 is a graph showing measured / extracted process variation versus anti-physically simulated process variation for small signal equivalent models Rds and Gm. FIG.

도 67은 소신호 등가 모델(Cgs 및 Gm)에 대해 측정/추출된 프로세스 변동 대 반-물리적으로 시뮬레이션 프로세스 변동을 도시하는 그래프.FIG. 67 is a graph depicting the measured / extracted process variation versus anti-physical simulation process variation for small signal equivalent models Cgs and Gm. FIG.

도 68은 물리적 게이트 길이의 함수로서 Imax에 대해 측정된 물리적 의존성 대 반-물리적으로 시뮬레이션된 물리적 의존성을 도시하는 그래프.FIG. 68 is a graph showing measured physical dependence versus anti-physically simulated physical dependence for I max as a function of physical gate length. FIG.

도 69는 물리적 리세스 언더컷 폭의 함수로서 Rds에 대해 측정/추출된 모델의 물리적 의존성 대 반-물리적으로 시뮬레이션 물리적 의존성을 도시하는 그래프.FIG. 69 is a graph showing the physical dependence of the measured / extracted model versus the anti-physical simulation physical dependence on Rds as a function of physical recess undercut width.

간단히 말해, 본 발명은, 반도체 디바이스의 채널 온도 및 내부 전하/전계구조에 대해 자기 일관되게(self-consistently) 해결하기 위해 분석적 열 저항 모델이 결합된 반-물리적인 디바이스 모델을 사용하는 반도체 디바이스를 모델링하는 방법에 관한 것이다. 이처럼, 본 발명에 따른 방법은 반도체 디바이스의 온도에 대한 전기적 성능의 응답 및 그 반대의 경우에 대한 응답을 사실적으로 시뮬레이션할 수 있다.In short, the present invention provides a semiconductor device that uses a semi-physical device model combined with an analytical thermal resistance model to self-consistently solve the channel temperature and internal charge / field structure of the semiconductor device. It relates to how to model. As such, the method according to the invention can realistically simulate the response of the electrical performance to the temperature of the semiconductor device and vice versa.

본 발명의 이들 장점 및 다른 장점은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조하여 쉽게 이해될 것이다.These and other advantages of the present invention will be readily understood with reference to the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명에 따른 모델은, 반도체 디바이스의 전열 성능 특성(electrothermal performance characteristics)을 시뮬레이션하는 수단으로서 분석적 열전도 모델에 결합된 반-물리적인(semi-physical) 디바이스 모델을 사용한다. 특히, HEMT 디바이스에 대한 반-물리적인 모델은, 소신호(small signal), 잡음, 비-선형 및 대신호(large signal) 특성을 상대적으로 정확하게 표현할 수 있는 것으로 증명되었다. 열전도율의 온도 의존도 및 또한 레이아웃 의존도를 병합하기 위해, 다음의 절차가 사용된다:The model according to the invention uses a semi-physical device model coupled to an analytical thermal conductivity model as a means of simulating electrothermal performance characteristics of a semiconductor device. In particular, semi-physical models for HEMT devices have proven to be able to represent small signal, noise, non-linear and large signal characteristics relatively accurately. To merge the temperature dependence and also the layout dependence of thermal conductivity, the following procedure is used:

1) 실내온도에서 측정된 DC I-V 특성 및 바이어스-의존 소신호 특성을 매우 정확하게 복제할 수 있는 반-물리적인 디바이스 모델을 유도한다.1) We derive a semi-physical device model that can replicate DC I-V characteristics and bias-dependent small signal characteristics measured at room temperature very accurately.

2) 물질 파라미터의 임의의 알려진 온도 의존도를 병합한다.2) merge any known temperature dependence of the material parameters.

3) 원하는 범위의 온도에 걸쳐서 DC I-V 및 바이어스-의존 소신호 S-파라미터를 측정한다.3) Measure DC I-V and bias-dependent small signal S-parameters over the desired range of temperatures.

4) S-파라미터 측정치 대 온도 각각에 대한 소신호 등가 회로 모델을 추출한다. 이후에 논의될 S-파라미터 마이크로스코피(microscopy)가 전하-제어 맵 솔루션을 전개하는데 사용될 수 있다.4) Extract the small-signal equivalent circuit model for each of the S-parameter measurements versus temperature. S-parameter microscopy, which will be discussed later, can be used to develop a charge-control map solution.

5) 반-물리적인 모델의 고유(intrinsic) 디바이스 모델 표현식에 적용할 온도 계수 표현식을 전개한다. 이들 온도 계수는 각 온도에서 측정된 DC와 소신호 데이터를 매칭시키기 위해 반-물리적인 디바이스 모델의 예상치를 조정하여야 한다.더욱 상세하게는:5) Develop a temperature coefficient expression to apply to the intrinsic device model expression of the semi-physical model. These temperature coefficients need to be adjusted for the anti-physical device model's estimates to match the DC and small signal data measured at each temperature. More specifically:

a) I-V가 매치되어야 한다.a) I-V must match.

b) 만약 예컨대 베롯(Berroth) 등에 의한IEEE-MTT 38권 7호, "FET 소신호 등가 회로에 대한 광범위한 결정(BroadBand Determination of the FET Small-Signal Equivalent Circuit)"에서 상세하게 논의되어 있는 미나시안 유도 알고리즘(Minasian extraction algorighms)과 같은 기존의 종래기술인 소신호 모델 유도가 수행된다면, C-V(커패시턴스 대 전압)의 상대적인 변화가 반-물리적인 모델 예상치와 매칭되어야 한다.b) Minasian induction, as detailed in, for example, IEEE-MTT Vol. 38 , "BroadBand Determination of the FET Small-Signal Equivalent Circuit" by Berroth et al . If the conventional prior art small signal model derivation, such as algorithms (Minasian extraction algorighms) is performed, the relative change in CV (capacitance versus voltage) must match the semi-physical model estimate.

c) 만약 S-파라미터 마이크로스코피가 수행다면, C-V의 절대적인 변화는 반-물리적인 모델에 매칭되어야 한다.c) If S-parameter microscopy is performed, the absolute change in C-V must be matched to a semi-physical model.

6) 적절한 분석적 열전도 모델을 구현한다.6) Implement appropriate analytical thermal conductivity models.

7) 반-물리적 디바이스 모델과 분석적 열전도 모델을 다음의 동작에 의해 결합한다:7) Combine the semi-physical device model and the analytical thermal conductivity model by the following operations:

a) 온도-의존 인자 및 온도 계수 모두에서 동작하는 "주위 온도(environmental temperature)"를 "채널 온도"로 대체한다a) Replace "environmental temperature" with "channel temperature" operating at both temperature-dependent factors and temperature coefficients

b) 포화된 영역의 반-물리적으로 모델링된 길이, 즉 XSAT를 열-생성 영역의 길이로서 사용한다.b) Use the semi-physically modeled length of the saturated region, ie XSAT, as the length of the heat-generating region.

이후에 논의될 바와 같이, 반-물리적인 HEMT 모델은 전체 전열 디바이스 시뮬레이션을 수행하도록 확장될 수 있다. 상술한 사실에 따라, 단계 1에서 언급된 반-물리적인 모델이 이후에 논의될 것이다. 단계 2에서, HEMT 기술에 사용된 물질시스템의 보고된 열 속성이 반-물리적인 디바이스 모델의 적절한 물질 관련 수학식에 병합된다. 이들 속성은 에스. 아대치(S. Adachi)의 저작물인J.Appl.Phys, 58권 3호(1985년 8월), "사용 및 연구를 위한 GaAs, AlAs 및 AlxGal-xAs 물질 파라미터 및 디바이스 응용(GaAs, AlAs and AlxGal-xAs Materials Parameters For Use and Research and Device Applications)으로부터 얻을 수 있으며, 이것은 참조로서 병합되어 있다. 단계 3에서, DC I-V 및 바이어스 의존 S-파라미터는, 예컨대 -25℃, 25℃, 125℃ 및 200℃와 같은 몇 가지 기판 온도에 걸쳐서 표준 디바이스 레이아웃에 대해 측정된다. 단계 4에서, S-파라미터 마이크로스코피는 각각의 온도 의존 데이터 세트에 대해 사용된다. 단계 5에서, 온도 보상 계수가 예컨대 아래에 제시된 방정식 1과 같은 보고된 물질 열 의존 관계로부터 전개된다.As will be discussed later, the semi-physical HEMT model can be extended to perform a full electrothermal device simulation. In accordance with the foregoing, the semi-physical model mentioned in step 1 will be discussed later. In step 2, the reported thermal properties of the material system used in the HEMT technique are incorporated into the appropriate material related equations of the semi-physical device model. These properties are S. J.Appl.Phys , 58, 3 (August 1985), a work of S. Adachi, “GaAs, AlAs and AlxGal-xAs material parameters and device applications (GaAs, AlAs and AlxGal-xAs Materials Parameters For Use and Research and Device Applications, which are incorporated by reference In step 3, the DC IV and bias dependent S-parameters are for example -25 ° C, 25 ° C, 125 ° C and Measured for a standard device layout over several substrate temperatures, such as 200 ° C. In step 4, S-parameter microscopy is used for each temperature dependent data set In step 5, the temperature compensation coefficient is It develops from the reported material heat dependency relations such as Equation 1 presented.

[방정식 1]Equation 1

일단 표현, TCF가 적절한 반-물리적인 전하 및 운송 제어 수학식에 적용되면, 온도 의존 I-V 및 C-V 특성이 적절하게 피팅된다(fitted). 제시된 바와 같이, 아래의 방정식 2는, 어떻게 키 전하 제어 및 캐리어 운송 관계가 아래에 제시된 실험 온도 보상 인자를 통해 온도 의존도를 병합하기 위해 강화되는지를 예시한다.Once expressed, TCF is applied to the appropriate semi-physical charge and transport control equations, and the temperature dependent I-V and C-V characteristics are properly fitted. As shown, Equation 2 below illustrates how the key charge control and carrier transport relationship is enhanced to incorporate temperature dependence through the experimental temperature compensation factor presented below.

[방정식 2][Equation 2]

도 3은 이제 200℃에서 I-V 특성을 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 강화된 반-물리적인 디바이스 모델을 증명하는 반면에, 도 4는 25℃에서 I-V 시뮬레이션의 정확도를 증명한다. 따라서, 실내 온도에서 유도될 수 있는 반-물리적인 모델은 정확한 온도 의존도를 병합하기 위해 실험 온도 계수를 통해 변경될 수 있다.FIG. 3 now demonstrates an enhanced semi-physical device model capable of accurately simulating I-V characteristics at 200 ° C., while FIG. 4 demonstrates the accuracy of I-V simulations at 25 ° C. FIG. Thus, the semi-physical model that can be derived at room temperature can be modified through experimental temperature coefficients to incorporate the exact temperature dependence.

단계 6에서, 분석적 열전도 표현식이, 에이치. 쿠크(H. Cooke)의 저작물인 "마이크로파 및 RF(Microwaves and RF)"(1986년 8월)에서의 "정밀 기술이 FET 열 저항을 발견한다(Precise Technique Finds FET Thermal Resistance)"에 제시되어 있는 것과 같다. 마지막으로, 단계 7에서, 쿠크의 표현식에서 열-생성 영역의 길이로 간주된 게이트 길이는 아래에 제공된 방정식 3, 반-물리적으로 모델링된 XSAT 표현식으로 대체된다.In step 6, the analytical heat conduction expression is H. "Precision Technique Finds FET Thermal Resistance" in H. Cooke's work " Microwaves and RF " (August 1986). Same as Finally, in step 7, the gate length considered as the length of the heat-generating region in the cook's expression is replaced by the equation 3, semi-physically modeled XSAT expression provided below.

[방정식 3][Equation 3]

쿠크의 원유도식에서, FET 내의 열-소스가 물리적인 게이트 길이의 길이에대한 균등한 소스에 의해 추정될 수 있음이 가정된다. 실제로, 이러한 열 소스에 대한 좀더 정확한 표현식은 포화 영역의 길이와 같은 길이 또는 XSAT를 가질 것이다. 대부분의 드레인 전압 및 그에 따른 대부분의 DC 전력 소산은 이 영역에 걸쳐서 강하되며, 그에 따라 이러한 차원을 열 소스를 설명하는데 좀더 적합하게 한다.In Cook's crude diagram, it is assumed that the heat-source in the FET can be estimated by an equivalent source for the length of the physical gate length. In fact, a more accurate expression for this heat source would have a length or XSAT equal to the length of the saturation region. Most of the drain voltage and hence most of the DC power dissipation drops across this area, making this dimension more suitable for describing heat sources.

온도 보상 계수는 아래에 제공된 방정식 4에 의해 일반적으로 제시된 "주위 온도"와 "채널 온도" 사이에서 동작하도록 변경된다.The temperature compensation coefficient is changed to operate between the "ambient temperature" and the "channel temperature" generally presented by equation 4 provided below.

[방정식 4][Equation 4]

TCF와 TCF'사이의 차이는, TCF가 디바이스 샘플의 완전하며 균등한 가열을 통해 결정된 온도 계수라는 점이다. "기판" 가열이 디바이스 샘플을 가열하는데 사용될 때, 기판 온도는 "채널 온도"와 대체로 같거나, 오히려 디바이스의 온도는 주위 환경과 같은 온도임이 가정될 수 있다.The difference between TCF and TCF 'is that TCF is a temperature coefficient determined through complete and even heating of the device sample. When "substrate" heating is used to heat a device sample, it can be assumed that the substrate temperature is approximately equal to the "channel temperature", or rather the temperature of the device is the same temperature as the ambient environment.

반-물리적인 디바이스 모델이 결합된 쿠크의 방법의 구현은 결국 아래의 방정식 5를 야기한다.The implementation of Cook's method combined with a semi-physical device model results in equation 5 below.

[방정식 5][Equation 5]

디바이스가 많은 전력을 소산하고 그에 따라 유한한 열전도로 인해 효과적으로 이러한 열을 유출시킬 수 없을 때, 디바이스는 "자기-가열"로 알려진 열적 상태로 들어간다. 자기-가열 상태에서, 디바이스의 열 소스에 인접한 영역 또는 대체로는 게이트 아래의 영역은 기판보다도 더 높은 온도로 가열된다. 그 결과, 디바이스는 그 주위 환경보다 더 뜨겁게 된다. 이 상태에서, "채널 온도"는 진성 디바이스가 얼마나 뜨거운지를 측정하는데 사용되어야 한다.When the device dissipates a lot of power and thus cannot effectively dissipate this heat due to finite heat conduction, the device enters a thermal state known as "self-heating". In the self-heating state, the area adjacent the heat source of the device, or generally the area under the gate, is heated to a higher temperature than the substrate. As a result, the device becomes hotter than its surroundings. In this state, the "channel temperature" should be used to measure how hot the intrinsic device is.

상기 공식이 얼마나 정확하게 자기-가열 효과를 모델링하는 지에 대한 예로, 큰 주변의 8-핑거를 갖는 600㎛ 토털 게이트 주변 디바이스 셀이 실내 온도에서 DC-IV 및 S-파라미터에 대해 테스트되었다. 이러한 특정한 디바이스 레이아웃은 열전도에 의해 효과적으로 제거될 수 있는 높은 드레인 전압 또는 높은 드레인 전류에서 너무 많은 DC 전력을 소산한다. 그 결과, 디바이스는 극단적인 자기-가열을 겪는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 반-물리적인 디바이스 모델의 전열 모델은 디바이스의 전기적 성능에 대한 자기-가열 채널 온도의 영향을 상대적으로 근접하게 시뮬레이션할 수 있다.As an example of how accurately the formula models the self-heating effect, a 600 μm total gate peripheral device cell with a large peripheral 8-finger was tested for DC-IV and S-parameters at room temperature. This particular device layout dissipates too much DC power at high drain voltages or high drain currents that can be effectively removed by thermal conduction. As a result, the device undergoes extreme self-heating. As shown in FIG. 4, the electrothermal model of the semi-physical device model can relatively closely simulate the effect of self-heating channel temperature on the electrical performance of the device.

반-물리적인 모델(SEMI PHYSICAL MODEL)Semi-physical model (SEMI PHYSICAL MODEL)

반-물리적인 디바이스 모델링은 물리적인 디바이스 특성 및 측정된 특성 둘 모두를 나타내며, 이들은 물리적인 기반의 디바이스 모델을 통해 RF 성능을 시뮬레이션하는데 사용될 수 있다. 반-물리적인 모델은 HEMT 동작의 물리적 특성을 모델링하는 실험적 표현식에 기초한 분석적 모델이며, 따라서 용어 "반-물리적인(semi-physical)"이다. 이 모델은 게이트 길이 리세스(recess) 에칭 깊이, 리세스언더컷(undercut) 크기, 패시베이션 니트라이트(passivation nitrite) 두께 등과 같은 실제 공정 파라미터를 병합한다. 실험적 표현식을 사용하여, 반-물리적인 모델은, 디바이스 성능에 대한 공정 변동의 영향을 고려하면서 상대적으로 양호한, 측정치 대 모델링 값의 정확도를 유지할 수 있다.Semi-physical device modeling represents both physical device characteristics and measured characteristics, which can be used to simulate RF performance through a physically based device model. A semi-physical model is an analytical model based on experimental expressions that model the physical properties of HEMT behavior, thus the term "semi-physical". The model merges actual process parameters such as gate length recess etch depth, recess undercut size, passivation nitrite thickness, and the like. Using empirical expressions, the semi-physical model can maintain relatively good accuracy of measurements versus modeling values while taking into account the effects of process variations on device performance.

반-물리적인 모델은 표준 소신호 등가 회로 모델을 위해 모델 요소를 제공하거나 FET가 도 5에 예시되어 있다. 도 6은 도 5에 예시된 소신호 등가회로 모델에서의 등가 회로 요소 각각에 대한 물리적인 기원을 대략 옮겨 놓은 것이다. 도 7은 예시적인 HEMT 디바이스 구조의 횡단면을 도시한 것이다. 그러나, 종래의 방법과는 달리, 모델 요소는 디바이스 내의 내부 전하 및 전계에 대한 소신호 여기(excitation) 분석으로부터 유도된다. 이처럼, 시뮬레이션된 소신호 모델 요소는 물리적인 FET에 대한 상대적으로 정확한 물리적인 등가 회로 설명을 나타낸다.The semi-physical model provides a model element for a standard small signal equivalent circuit model or the FET is illustrated in FIG. FIG. 6 roughly shifts the physical origin for each of the equivalent circuit elements in the small signal equivalent circuit model illustrated in FIG. 7 illustrates a cross section of an exemplary HEMT device structure. However, unlike conventional methods, model elements are derived from small signal excitation analysis of the internal charge and electric field in the device. As such, the simulated small signal model element represents a relatively accurate physical equivalent circuit description for the physical FET.

고유 전하, 전기적 컨덕턴스, 전계의 반-물리적 모델링에 대한 일반적 방법은 다음과 같다: 첫째, epi 스택(stack) 내의 여러가지 물질에 대한 전도 대역 오프셋(conduction band offset), 전기 유전율(electric permitivity)과, 물질 조성(material composition) 사이의 관계가 결정된다. 이들 관계는 물리적 시뮬레이터로부터 시뮬레이션된 데이터를 피팅시킴으로써 또는 분석적으로 수행될 수 있다. 그 이후에, epi 스택 내에 적용 가능한 벌크 물질(applicable bulk material) 중 어느 하나의 기본적인 전하 전송 특성이 결정된다. 일단, 전자 전송 특성이 결정되면, 공핍되지 않은 선형 채널 이동도(undepleted linear channel mobility)가 물질의 특성화 또는 물리적 시뮬레이션을 통해 결정된다. 그 이후에, 쇼트키장벽(Schottky)의 높이 값이나 표현식이 결정된다. 일단 쇼트키 장벽의 높이 값이 결정되면, 반-물리적 방정식이 다음의 특성을 모델링하여 구성된다:General methods for semi-physical modeling of intrinsic charge, electrical conductance, and electric field are as follows: first, conduction band offset, electrical permitivity for various materials in the epi stack, The relationship between the material composition is determined. These relationships can be performed analytically or by fitting simulated data from a physical simulator. Thereafter, the basic charge transfer properties of any of the bulkable materials applicable in the epi stack are determined. Once the electron transfer properties are determined, the depleted linear channel mobility is determined through characterization or physical simulation of the material. After that, the height value or expression of the Schottky barrier is determined. Once the height value of the Schottky barrier is determined, a semi-physical equation is constructed by modeling the following properties:

게이트 단자 전압에 의해 제어되는 능동 채널(active channel)에 시트 전하(sheet charge)에 대한 기본적인-전하 제어 물리적 특성.Fundamental-charge control physical characteristics for sheet charge in an active channel controlled by the gate terminal voltage.

능동 채널의 폭 내에 시트 전하의 평균 중심 위치.Average center position of the sheet charge within the width of the active channel.

게이트, 드레인, 및 소스 단자 전압의 함수로서 전하 분할 경계(charge partitioning boundaries)의 위치.Location of charge partitioning boundaries as a function of gate, drain, and source terminal voltage.

표면 공핍된 영역 내의 선형 채널 이동도의 바이어스 의존성.Bias dependence of linear channel mobility within surface depleted regions.

상기 채널에서의 속도 포화 전계의 바이어스 의존성.Bias dependence of the velocity saturation field in the channel.

포화 전자 속도.Saturated electron speed.

게이트 아래 채널의 선형 영역내의 전기적 컨덕턴스.Electrical conductance in the linear region of the channel under the gate.

소스와 드레인 액세스 영역 내의 전기적 컨덕턴스.Electrical conductance in the source and drain access areas.

일단 반-물리적 방정식이 결정되면, 반-물리적 모델링 방정식의 실험적 항(empirical terms)이 측정 값에 대하여 모델 I-V (전류/전압) 특성을 피팅시키도록 조정된다. 그 이후에, 실험적 항은 측정된 I-V(커패시턴스-전압) 및 I-V 특성을 동시에 피팅시키도록 반복적으로 재조정된다. 마지막으로 실험적 모델링 항은 장래의 사용을 위해 고정(fixed)된다.Once the semi-physical equations are determined, the experimental terms of the semi-physical modeling equations are adjusted to fit the model I-V (current / voltage) characteristics to the measured values. Thereafter, the experimental term is repeatedly readjusted to simultaneously fit the measured I-V (capacitance-voltage) and I-V characteristics. Finally, the experimental modeling term is fixed for future use.

앞서 언급된 바와 같이 물리적 현상 전부를 커버하는 반-물리적 방정식의 포괄적인 세트를 구성함으로써, HEMT 디바이스 내에서 물리적으로 작동하는 메커니즘이 비교적 정확하게 결정될 수 있다. 도 8은 본 명세서에 논의되는 반-물리적 모델링을 사용하여 HEMT에 대한 비교적 정확한 측정된 I-V 특성 대 모델링된 I-V 특성의 세트를 도시한다. 특히, 도 8은, 예를 들어, 0.4V 내지 -1.0V에서 여러가지 게이트 바이어스에 대해 드레인 대 소스 전압(Vds)의 함수로서 드레인 대 소스 전류(Ids)를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 실선은 반-물리적 모델을 나타내는데 사용되는 반면, Xs는 측정된 값을 나타내는데 사용된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 측정값과 모델링된 파라미터 사이에는 밀접한 관계가 존재한다.By constructing a comprehensive set of semi-physical equations covering all of the physical phenomena as mentioned above, the mechanisms that physically operate within the HEMT device can be determined relatively accurately. 8 shows a set of relatively accurate measured I-V characteristics versus modeled I-V characteristics for HEMT using the semi-physical modeling discussed herein. In particular, FIG. 8 shows drain to source current Ids as a function of drain to source voltage Vds for various gate biases, for example, from 0.4V to −1.0V. As shown in FIG. 8, solid lines are used to represent the semi-physical model, while Xs is used to represent the measured value. As shown in FIG. 8, there is a close relationship between the measured value and the modeled parameter.

본 발명에 따른 물리적 디바이스 작동에 대한 반-물리적 모델링의 일례가 아래에 제공된다. 그 예는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 예시적인 디바이스를 사용한다. 표 2는 모델의 물리적인 단면 파라미터에 대한 예시적인 값을 나타낸다. 도 11은 표 1에서 확인된 파라미터와 상관되는 확장(blown up) T-게이트 특성에 관한 것이다.An example of semi-physical modeling of physical device operation in accordance with the present invention is provided below. An example uses an example device, as shown in FIGS. 9 and 10. Table 2 shows exemplary values for the physical cross-sectional parameters of the model. FIG. 11 relates to a blown up T-gate characteristic correlated with the parameters identified in Table 1. FIG.

디바이스 단면부로 물리적 파라미터를 입력하기 위한 값Value for entering physical parameters into the device cross section 레이아웃 파라미터Layout parameters 단위unit value 게이트 길이Gate length LgLg [㎛][Μm] 0.1500.150 윙 길이Wing length LgwLgw [㎛][Μm] 0.5200.520 게이트 머쉬룸 크라운 길이Gate Mushroom Crown Length LgmclLgmcl [㎛][Μm] 0.2000.200 총 게이트 높이Total gate height HgHg [㎛][Μm] 0.6500.650 게이트 스템 높이Gate stem height HgstemHgstem [㎛][Μm] 0.3000.300 게이트 쌕 높이Gate height HgsagHgsag [㎛][Μm] 0.1000.100 게이트 단면적Gate cross section GateAreaGatearea [㎛2][Μm 2 ] 0.1870.187 최대 단면적Cross-sectional area MaxAreaMaxArea [㎛2][Μm 2 ] 0.3640.364 총 게이트 주변Total gate around WgWg [㎛][Μm] 200.000200.000 # 핑거# Finger NN [][] 4.0004.000 소스-드레인 간격Source-Drain Interval DsdDsd [㎛][Μm] 1.8001.800 게이트-소스 간격Gate-source spacing DsgDsg [㎛][Μm] 0.7000.700 게이트-드레인 간격Gate-drain spacing DgdDgd [㎛][Μm] 1.1001.100 게이트-소스 리세스Gate-source recess RECsgRECsg [㎛][Μm] 0.1600.160 게이트-드레인 리세스Gate-drain recess RECgdRECgd [㎛][Μm] 0.2400.240 리세스 에칭 깊이Recess etch depth HrecHrec [A][A] 780.000780.000 SiN 두께SiN thickness HslnHsln [A][A] 750.000750.000 게이트피드-메사 간격Gate feed to mesa spacing DgfmDgfm [㎛][Μm] 2.0002.000 게이트단부-메사 오버랩Gate end-mesa overlap DgemDgem [㎛][Μm] 2.0002.000 핑거-핑거 간격 쓰루 드레인Finger-Finger Spacing Through-Drain DffdDffd [㎛][Μm] 16.50016.500 핑거-핑거 간격 쓰루 소스Finger-Finger Spacing Through Source DffsDffs [㎛][Μm] 13.50013.500 소스 공중통로 삽입?Insert Source Public Path? AB?AB? [][] PP 소스 공중통로 삽입Insert Source Pathway DsabinDsabin [㎛][Μm] 28.00028.000 소스 공중통로 높이Source passage height HsabHsab [㎛][Μm] 3.5003.500 소스-게이트 공중통로 틈Source-gate airway break HgsabHgsab [㎛][Μm] 1.6401.640 소스 패드 폭Source pad width WsWs [㎛][Μm] 12.00012.000 드레인 패드 폭Drain pad width WdWd [㎛][Μm] 14.00014.000 기판 두께Board thickness HsubHsub [㎛][Μm] 100.000100.000

앞서 언급된 바와 같이, HEMT 디바이스 내의 고유 전하와 전계의 반-물리적 모델링은 epi 스택 내의 여러 물질에 대한 전도 대역 오프셋, 전기 유전율, 물질 조성 사이의 관계를 결정함으로써 초기화된다. 물질 조성에 관한 대역 오프셋과 전기 유전율 관계는, 1990년 뉴저지, 마이클 셔(Michael Shur)에 의한, "반도체 디바이스의 물리적 특성(Physics of Semiconductor Devices)"(프렌티스 홀, 잉글우드 클리프)과 같은 여러 문헌으로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, 벌크 GaAs 캡 층내(bulk GaAs cap layer)에 전자 캐리어의 선형 이동도에 대한 기본적인 전자 전송 특성이, 위 "반도체 디바이스의 물리적 특성"으로부터 이용하여, 1350㎠/Vs 인 것으로 결정될 수 있다. 공핍되지 않은 채널 내의 전자 캐리어의 선형 이동도는 5500㎠/Vs로 가정된다. 이 값은 GaAs 캡 층에 몇몇 차이를 제외하고는 이 예에서 이 스택에 동일하게 성장된 epi 스택을 가지는 샘플의 홀 효과(Hall effect)에 의해 측정될 수 있다. 쇼트키 장벽의 높이는, AlGaAs 물질에 대해 백금 금속을 나타내는, 1.051볼트로 가정된다.As mentioned above, the semi-physical modeling of the intrinsic charge and electric field in the HEMT device is initiated by determining the relationship between conduction band offset, electrical permittivity, and material composition for the various materials in the epi stack. The band offset and electrical permittivity relationship with respect to material composition has been described by Michael Shur, New Jersey, 1990, such as "Physics of Semiconductor Devices" (Prentis Hall, Inglewood Cliff). Obtained from the literature. For example, the basic electron transfer properties for the linear mobility of electron carriers in the bulk GaAs cap layer can be determined to be 1350 cm 2 / Vs, using from the above “physical properties of semiconductor devices”. . The linear mobility of the electron carriers in the depleted channel is assumed to be 5500 cm 2 / Vs. This value can be measured by the Hall effect of the sample with the epi stack grown equally on this stack in this example except for some differences in the GaAs cap layer. The height of the Schottky barrier is assumed to be 1.051 volts, representing platinum metal for AlGaAs material.

다음의 방정식 6은 샘플 내의 전하 제어와 중심 위치를 모델링하기 위한 반-물리적인 분석식을 나타낸다.Equation 6 below shows a semi-physical analysis for modeling charge control and center positions in a sample.

[방정식 6][Equation 6]

여기에서 사용된 바와 같이, Ns는 능동 채널 내에 있는 모델 시트의 캐리어 농도를 나타낸다. Ns'는 이상적인 전하 제어 법칙을 나타내며 채널 대 게이트 전압 내의 에너지 상태에 대한 상태 충전 속도(state filling rate)의 실제 밀도의 반-물리적 대표로서 모델링된다. 전하 제어에 사용되는 게이트 대 채널 전압(Vgt)은, 이 기술 분야에서 알려져 있는 바와 같이 epi 스택 내의 쇼트키 장벽의 높이, 전도 대역 오프셋, 및 도핑의 함수이다.As used herein, Ns represents the carrier concentration of the model sheet in the active channel. Ns' represents an ideal charge control law and is modeled as a semi-physical representation of the true density of state filling rate for energy states in channel-to-gate voltage. The gate-to-channel voltage (Vgt) used for charge control is a function of the height, conduction band offset, and doping of the Schottky barrier in the epi stack, as is known in the art.

다음의 방정식 7은 HEMT 디바이스 내의 영역별 전하 경계의 위치를 모델링하는데 사용되는 반-물리적 표현식을 나타낸다. 이들 표현식은 여러 단자의 영향 사이의 모델 전하를 어떻게 분할하는지를 좌우한다.Equation 7 below represents a semi-physical expression used to model the location of region-specific charge boundaries within a HEMT device. These expressions govern how the model charge is divided between the effects of the various terminals.

[방정식 7][Equation 7]

다음의 방정식 8은 공핍 영역에서 선형 채널 이동도의 바이어스 의존성을 모델링하는데 사용되는 반-물리적 표현식을 나타낸다.Equation 8 below shows a semi-physical expression used to model the bias dependence of linear channel mobility in the depletion region.

[방정식 8][Equation 8]

다음의 방정식 9는 포화 전계 및 포화 속도의 바이어스 의존성을 모델링하는데 사용되는 반-물리적 표현식이다.Equation 9 below is a semi-physical expression used to model the bias dependence of saturation field and saturation rate.

[방정식 9]Equation 9

도 12는 소스 액세스 영역과 드레인 액세스 영역에서의 전기 컨덕턴스가 이 예에서 어떻게 모델링되는지를 개략적으로 도시한다.12 schematically illustrates how electrical conductance in the source and drain access regions is modeled in this example.

다음의 방정식 10은 소스 액세스 영역의 컨덕턴스에 대한 반-물리적 모델을 기술한다.The following equation 10 describes a semi-physical model of the conductance of the source access region.

[방정식 10][Equation 10]

다음의 방정식 11은 드레인 액세스를 기술한다:The following equation 11 describes the drain access:

[방정식 11]Equation 11

소-신호 등가 회로의 반-물리적 결정Semi-Physical Determination of Small-Signal Equivalent Circuits

도 5에 도시된 바와 같이, 친근한 소신호 등가 회로에 대한 값을 유도하기 위해, 반-물리적으로 모델링된 물리적 표현식에 소신호 여기 분석(small signal excitation analysis)이 적용되어야 한다. 이러한 분석을 적용하는 방법은 다음과 같다:As shown in FIG. 5, small signal excitation analysis should be applied to the semi-physically modeled physical expressions to derive values for the familiar small signal equivalent circuit. Here's how to apply this analysis:

1) 게이트 단자 전압 여기1) Gate terminal voltage excitation

a) 게이트-소스 단자 양단의 희망하는 바이어스 조건 주위의 작은 +/- 전압 델타를 적용한다.a) Apply a small +/- voltage delta around the desired bias condition across the gate-source terminal.

b) 등가 회로 요소 Gm=델타(Ids)/델타(Vgs')이며, 여기서 델타(Vgs')는 대부분 인가된 전압의 델타이지만, 또한 위 도 12에서 RsCont, RsundepCap, RsundepRec, ResdepRec, 및 RsBoundary로 도시된, 게이트 소스 액세스 영역의 양단에서 강하된 그 전압을 뺀 것이다.b) Equivalent circuit element Gm = delta (Ids) / delta (Vgs '), where delta (Vgs') is mostly the delta of the applied voltage, but also as RsCont, RsundepCap, RsundepRec, ResdepRec, and RsBoundary in FIG. The voltage dropped across the gate source access region, shown, is subtracted.

c) 등가 회로 요소(Cgs 및 Cgd)는 델타(Nsn)/델타(Vgs)*Lgn 의 형태를 취하며, 여기서 델타(Nsn)는 적절한 전하 제어 식이며, Lgn 은 게이트 소스 또는 게이트 드레인 전하 분할 경계 길이이다.c) Equivalent circuit elements Cgs and Cgd take the form of delta (Nsn) / delta (Vgs) * Lgn, where delta (Nsn) is an appropriate charge control equation and Lgn is the gate source or gate drain charge division boundary length. to be.

d) 등가 회로 요소 Ri=Lgs/(Cgschannel*vs)이며 여기서 Cgs 채널은 그 채널에만 기인하는 게이트 소스 커패시턴스의 부분이며 vs는 포화 전자 속도이다.d) Equivalent circuit element Ri = Lgs / (Cgschannel * v s ) where the Cgs channel is part of the gate source capacitance attributable only to that channel and v s is the saturation electron velocity.

2) 드레인 단자 전압 여기2) Drain Terminal Voltage Excitation

a) 에서와 동일한 바이어스 조건 주위에 작은 +/- 전압 델타를 인가하지만, 이 델타는 드레인 소스 단자의 양단에 인가된다.A small +/- voltage delta is applied around the same bias condition as in a), but this delta is applied across the drain source terminal.

b) 등가 회로 요소 Rds=1/{델타(Ids)/델타(Vds')}이며, 여기서 Vds' 는 대부분 인가된 전압 델타이지만, 또한 게이트 소스 액세스 영역과 게이트 드레인 액세스 영역 모두에 걸쳐 강하된 전압을 뺀 것이다.b) equivalent circuit element Rds = 1 / {delta (Ids) / delta (Vds ')}, where Vds' is mostly an applied voltage delta, but also a voltage dropped across both the gate source access region and the gate drain access region Minus

c) 등가 회로 요소 Cds는 적절한 프린징 커패시턴스 반-물리적 모델의 합으로 취해지거나 또는 델타(Nsd)/델타(Vds')*Xsat의 형태를 취할 수 있으며, 여기서 Nsd 는 적절한 소스 전하 경계와 드레인 전하 경계 사이의 전하 누적에 대한 전하 제어 식이며, Xsat 는 포화되어 있다면 포화된 영역의 길이이다.c) The equivalent circuit element Cds can be taken as the sum of the appropriate fringe capacitance semi-physical models or in the form of delta (Nsd) / delta (Vds') * Xsat, where Nsd is the appropriate source charge boundary and drain charge The charge control equation for charge accumulation between boundaries, and Xsat is the length of the saturated region if it is saturated.

3) 온-메사 기생 요소: 등가 회로 요소 Rs 및 Rd는 소스 액세스 영역과 드레인 액세스 영역의 적절한 전기 전도 모델에 의해 표현된다.3) On-Mesa Parasitic Elements: Equivalent circuit elements Rs and Rd are represented by appropriate electrical conduction models of the source access region and the drain access region.

RF 성능은 임의의 바이어스 포인트에서 예측될 수 있다.RF performance can be predicted at any bias point.

표 3은 표 2에 도시된 샘플에 대한 반-물리적 모델링에 대한 값과 이 반-물리적 모델링으로부터 등가 회로 모델의 추출로부터 유도된 고 주파수 등가 회로 모델에 대한 값의 비교를 나타낸다.Table 3 shows a comparison of the values for the semi-physical modeling for the samples shown in Table 2 and the values for the high frequency equivalent circuit model derived from the extraction of the equivalent circuit model from this semi-physical modeling.

반-물리적 모델링 방법에 대한 모델링된 등가 회로 결과와, 등가 회로 모델 추출의 비교Comparison of Modeled Equivalent Circuit Results and Equivalent Circuit Model Extraction for Semi-Physical Modeling Methods 고유 등가 회로 파라미터Intrinsic equivalent circuit parameter 등가 회로 모델Equivalent circuit model 반-물리적 디바이스 모델Semi-Physical Device Model CgsCgs 0.227745pF0.227745 pF 0.182pF0.182 pF RgsRgs 64242Ω64242Ω 무한ΩInfinity CgdCgd 0.017019pF0.017019 pF 0.020pF0.020 pF RgdRgd 133450Ω133450 yen 무한ΩInfinity CdsCDs 0.047544pF0.047544pF 0.033pF0.033pF RdsRds 160.1791Ω160.1791Ω 178.1Ω178.1Ω GmGm 135.7568mS135.7568mS 124mS124mS RiRi 3.034Ω3.034Ω 2.553Ω2.553Ω TauTau 0.443867pS0.443867 pS 0.33pS0.33 pS

반-물리적 모델링 방법의 결과는 이 경우에 물리적 디바이스 시뮬레이터보다 비교적 더 정확한 소-신호 등가 회로 값을 생성한다. 더욱이, 두 가지 접근의 기생 임베딩 처리의 차이가 주어지면, 표 2에 주어진 결과는 등가 회로 값의 비교 보다 훨씬 더 근접한 결과를 생성한다.The result of the semi-physical modeling method in this case produces a smaller signal equivalent circuit value that is relatively more accurate than a physical device simulator. Moreover, given the difference in parasitic embedding processing of the two approaches, the results given in Table 2 produce much closer results than the comparison of equivalent circuit values.

표 3은 모델의 유도에 사용되는 기생 요소의 값을 리스트한다. 추출된 등가 회로 모델과 반-물리적으로 유도된 회로 모델 사이의 중요한 차이는 테스트된 구조에 대해 런치(launch) 커패시턴스의 효과를 모델링하도록 Cpg와 Cpd를 사용하는 것이다. 이 차이로 인해 추출된 모델의 결과는 최적의 물리적으로 의미있는 솔루션에서 약간 벗어나 있게 된다.Table 3 lists the values of parasitic elements used to derive the model. An important difference between the extracted equivalent circuit model and the semi-physically derived circuit model is the use of Cpg and Cpd to model the effect of launch capacitance on the tested structure. This difference causes the results of the extracted model to deviate slightly from the optimal physically meaningful solution.

반-물리적 모델링 방법에 대한 모델링된 "기생" 등가 회로 결과와 등가 회로 모델 추출의 비교Comparison of modeled "parasitic" equivalent circuit results and equivalent circuit model extraction for a semi-physical modeling method 외인 등가 회로 파라미터Exogenous equivalent circuit parameters 등가 회로 모델Equivalent circuit model 반-물리적 디바이스 모델Semi-Physical Device Model RgRg 1.678Ω1.678 yen 1.7Ω1.7 Ω LgLg 0.029314nH0.029314nH 0.03nH0.03nH RsRs 1.7Ω1.7 Ω 1.21Ω1.21Ω LsLs 0.002104nH0.002104nH 0.003nH0.003nH RdRd 3.309899Ω3.309899Ω 5.07Ω5.07Ω LdLd 0.031671nH0.031671nH 0.02nH0.02nH CpgCpg 0pF0pF 0.02pF0.02 pF CpdCpd 0pF0pF 0.01pF0.01 pF

도 13, 도 14, 및 도 15에 도시된 바와 같이, 반-물리적으로 유도된 등가 회로 모델을 사용하여 시뮬레이션된 모델링된 결과는 측정된 고 주파수의 S-파라미터 데이터를 매우 정확하게 복제(replicate)한다.As shown in FIGS. 13, 14, and 15, the modeled results simulated using a semi-physically derived equivalent circuit model replicate the measured high frequency S-parameter data very accurately. .

다음의 방정식 12는 소-신호 등가 회로로 모델링된 Gm의 소-신호 여기 유도를 나타낸다. 도 56은 측정된 데이터에 비해 소신호 Gm의 반-물리적으로 시뮬레이션된 바이어스 방정식을 나타낸다.Equation 12 below shows the small-signal excitation derivation of Gm modeled as a small-signal equivalent circuit. 56 shows a semi-physically simulated bias equation of small signal Gm relative to the measured data.

[방정식 12]Equation 12

다음의 방정식 13은 Rds의 소-신호 여기 유도를 나타낸다. 도 57은 소-신호 Rds의 반-물리적으로 시뮬레이션된 바이어스-의존성을 나타낸다.Equation 13 below shows the small-signal excitation derivation of Rds. 57 shows the semi-physically simulated bias-dependency of small-signal Rds.

[방정식 13]Equation 13

다음의 방정식 14는 Cgs 및 Cgd의 소-신호 여기 유도에 대해 사용될 수 있다. 도 58은 소-신호 Cgs 및 Cgd의 반-물리적으로 시뮬레이션된 바이어스-의존성을 나타낸다.The following equation 14 can be used for small-signal excitation derivation of Cgs and Cgd. 58 shows the semi-physically simulated bias-dependency of small-signals Cgs and Cgd.

[방정식 14][Equation 14]

다음의 방정식 15는 Ri의 소-신호 여기 유도에 수반된다. 이하에 오는 도 59는 소-신호 Ri의 반-물리적으로 시뮬레이션 바이어스-의존성을 도시한다.The following equation (15) involves the small-signal excitation derivation of Ri. 59, which follows, illustrates the semi-physically simulated bias-dependency of small-signal Ri.

[방정식 15][Equation 15]

반-물리적 모델과 바이어스-의존성 소-신호 소스 저항과 드레인 저항(Rs 및 Rd)의 예Semi-Physical Models and Examples of Bias-Dependent Small-Signal Source and Drain Resistors (Rs and Rd)

도 60은 온-메사 기생 액세스 저항(Rs 및 Rd)의 반-물리적으로 시뮬레이션된 바이어스-의존성을 도시한다.FIG. 60 shows the semi-physically simulated bias-dependency of on-mesa parasitic access resistors Rs and Rd.

다음의 예는 반-물리적 소-신호 디바이스 모델이 어떻게 바이어스-의존 소-신호 성능에 대한 정확한 프로젝션을 제공할 수 있는지를 검증한다. 이 예에서, 이전의 예에서 사용된 것과 동일한 반-물리적 디바이스 모델이 사용되었는데, 그 이유는 그 예의 MMIC 회로가 동일한 HEMT 디바이스 기술을 사용하여 제조되었기 때문이다.The following example verifies how a semi-physical small-signal device model can provide accurate projection of bias-dependent small-signal performance. In this example, the same semi-physical device model as used in the previous example was used because the MMIC circuit of the example was manufactured using the same HEMT device technology.

이 예에서, 두-스테이지 밸런스 된 K-대역(two-stage balanced K-band)의 MMIC LNA 증폭기의 바이어스-의존성 소-신호 이득과 잡음 성능이, 반-물리적 모델에 의해 생성된 소신호 및 잡음 등가 회로를 사용하여 마이크로파 회로 시뮬레이션을 통해 복제된다. 측정 결과 및 모델링 결과의 결과는 표 4에서 아래에 도시되어 있다. 이들 결과로부터 보는 바와 같이, 반-물리적 디바이스 모델은 비록 바이어스 변동이 꽤 넓더라도, 측정된 바이어스-의존 성능을 정확하게 시뮬레이션할 수 있었다.In this example, the bias-dependent small-signal gain and noise performance of a two-stage balanced K-band MMIC LNA amplifier is the small signal and noise generated by the semi-physical model. The equivalent circuit is replicated through microwave circuit simulation. The results of the measurement results and the modeling results are shown below in Table 4. As seen from these results, the semi-physical device model was able to accurately simulate the measured bias-dependent performance, even though the bias variation was quite wide.

차이값 바이어스 조건에서 K-대역 MMIC LNA에 대해 23.5GHz에서 측정된 이득과 NF 및 모델링된 이득과 NFGain and NF measured at 23.5 GHz for K-band MMIC LNA under differential bias conditions and modeled gain and NF 바이어스조건Bias condition 23.5GHz에서측정된 이득Gain measured at 23.5 GHz 23.5GHz에서 예측된 이득Predicted Gain at 23.5 GHz 23.5GHz에서 측정된 NFNF measured at 23.5 GHz 23.5GHz에서 예측된 NFNF predicted at 23.5 GHz Vds=0.5V112mA/mmVds = 0.5V112mA / mm 15.2dB15.2 dB 15.8dB15.8 dB 2.97dB2.97 dB 2.77dB2.77 dB Vds=1.0V112mA/mmVds = 1.0V112mA / mm 20.6dB20.6 dB 21.0dB21.0 dB 2.29dB2.29 dB 2.20dB2.20 dB Vds=2.0V112mA/mmVds = 2.0V112mA / mm 19.8dB19.8 dB 20.2dB20.2 dB 2.25dB2.25 dB 2.15dB2.15 dB Vds=3.0V112mA/mmVds = 3.0V112mA / mm 18.9dB18.9 dB 19.1dB19.1 dB 2.30dB2.30 dB 2.11dB2.11 dB Vds=3.5V112mA/mmVds = 3.5V112mA / mm 18.4dB18.4 dB 18.5dB18.5 dB 2.34dB2.34 dB 2.18dB2.18 dB Vds=4.0V112mA/mmVds = 4.0V112mA / mm 18.0dB18.0 dB 18.0dB18.0 dB 2.37dB2.37 dB 2.27dB2.27 dB Vds=2.0V56mA/mmVds = 2.0V56mA / mm 16.4dB16.4 dB 18.0dB18.0 dB 2.45dB2.45 dB 2.21dB2.21 dB Vds=2.0V170mA/mmVds = 2.0V170mA / mm 21.4dB21.4 dB 20.9dB20.9 dB 2.38dB2.38 dB 2.21dB2.21 dB Vds=2.0V225mA/mmVds = 2.0V225mA / mm 22.2dB22.2 dB 21.0dB21.0 dB 2.65dB2.65 dB 2.6dB2.6 dB Vds=3.0V225mA/mmVds = 3.0V225mA / mm 21.4dB21.4 dB 20.3dB20.3 dB 2.71dB2.71 dB 2.61dB2.61 dB Vds=3.0V170mA/mmVds = 3.0V170mA / mm 20.5dB20.5 dB 20.0dB20.0 dB 2.42dB2.42 dB 2.22dB2.22 dB Vds=4.0V170mA/mmVds = 4.0V170mA / mm 19.6dB19.6 dB 19.2dB19.2 dB 2.50dB2.50 dB 2.29dB2.29 dB

위 표 4에서 리스트 된 값에 대한 측정 이득 대 모델링 이득의 플롯은 도 61에 도시되어 있다.A plot of the measured gain versus modeling gain for the values listed in Table 4 above is shown in FIG. 61.

이하의 예는 반-물리적 소-신호 디바이스 모델이 물리적으로 의존하는 소-신호 성능에 정확한 프로젝션을 어떻게 제공할 수 있는지를 검증한다. 이 예에서, 이전의 예에서 사용되는 바와 동일한 반-물리적 디바이스 모델이 사용되었다.The following example verifies how the semi-physical small-signal device model can provide accurate projection for the physically dependent small-signal performance. In this example, the same semi-physical device model as used in the previous example was used.

이 예에서, 알려진 평균, 상호 상관, 및 표준 편차에 관한 통계적 변동 면에서 물리적 프로세서 변동이 반-물리적 디바이스 모델에 입력되었다. 이 연습의 목적은 측정된 DC 및 소-신호 디바이스 변동을 복제하는 것이었다. 정확한 복제의 정도는 반-물리적 모델이 물리적으로 정확한 정도를 나타낸다.In this example, physical processor variations were input to the semi-physical device model in terms of statistical variations regarding known mean, cross correlation, and standard deviation. The purpose of this exercise was to replicate the measured DC and small-signal device variations. The exact degree of replication indicates the degree to which the anti-physical model is physically accurate.

아래의 표 5는 사용되어진 시뮬레이션된 알려진 프로세스 변동을 리스트한다.Table 5 below lists the simulated known process variations that were used.

통계적 프로세스 변동 모델Statistical Process Variation Model 파라미터parameter 공칭값Nominal value 표준 편차Standard Deviation 게이트 길이Gate length 0.15㎛0.15㎛ 0.01㎛0.01 μm 게이트-소스 리세스Gate-source recess 0.16㎛0.16 μm 0.015㎛0.015 μm 게이트-드레인 리세스Gate-drain recess 0.24㎛0.24 μm 0.020㎛0.020 μm 에칭 깊이Etching depth 780A780A 25A25A 패시베이션 질화물 두께 (Pass. NitrideThickness)Passivation Nitride Thickness 750A750 A 25A25A 게이트-소스 간격Gate-source spacing 0.7㎛0.7 μm 0.1㎛0.1 μm 소스-드레인 간격Source-Drain Interval 1.8㎛1.8㎛ 0.15㎛0.15㎛

마이크로전자회로 성분 제조 과정에서, 통계 프로세스 제어 모니터(PCM : process control monitor) 데이터를 얻기 위하여 샘플 디바이스가 프로세스에서 테스트된다. 도 18은 PCM 테스팅 동안 측정된 디바이스 I-V 데이터로부터 추출되고 기록된 데이터의 종류를 개략적으로 도시한다.In the microelectronic component manufacturing process, a sample device is tested in the process to obtain statistical process control monitor (PCM) data. 18 schematically shows the type of data extracted and recorded from the device I-V data measured during PCM testing.

반-물리적 디바이스 모델이 I-V 데이터를 시뮬레이션할 수 있기 때문에, 이 디바이스 모델은 물리적 프로세스 변동으로 인한 I-V 데이터의 변동을 시뮬레이션할 수 있었다. 이들 I-V 데이터는 PCM 테스팅을 위해 기록된 동일한 파라미터를 추출하기 위하여 동일한 방식으로 분석되었다. 도 63, 도 64, 및 도 65는 시뮬레이션된 결과가 측정된 프로세스 변동과 얼마나 정확히 일치하는지를 도시한다. 도 63은 반-물리적으로 시뮬레이션된 Vgpk 및 Gmpk가 실제 제품의 측정과 얼마나 일치하는지를 도시한다. 도 64는 또한 시뮬레이션된 Idpk 및 Gmpk가 얼마나 일치하는지를 도시한다. 마지막으로 도 65는 시뮬레이션된 Imax 및 Vpo가 또한 얼마나 잘 일치하는지를 보여준다.Because the semi-physical device model can simulate I-V data, the device model could simulate variations in I-V data due to physical process variations. These I-V data were analyzed in the same way to extract the same parameters recorded for PCM testing. 63, 64, and 65 show how exactly the simulated results match the measured process variation. 63 shows how the semi-physically simulated Vgpk and Gmpk match the measurements of the actual product. 64 also shows how consistent the simulated Idpk and Gmpk are. Finally, Figure 65 shows how well the simulated Imax and Vpo also match.

프로세스 제어 모니터링을 위해 소-신호 S-파라미터 측정이 프로세스에서 또한 취해진다. 이들 측정은 측정된 S-파라미터를 피팅시키는 간단한 등가 회로 모델을 추출하는데 사용된다. 반-물리적 디바이스 모델이 이들 등가 회로 모델을 시뮬레이션할 수 있기 때문에, 이 디바이스 모델은 물리적 프로세스 변동으로 인해 모델 파라미터의 변동을 시뮬레이션할 수 있었다.Small-signal S-parameter measurements are also taken in the process for process control monitoring. These measurements are used to extract a simple equivalent circuit model that fits the measured S-parameters. Because the semi-physical device model can simulate these equivalent circuit models, the device model could simulate variations in model parameters due to physical process variations.

도 66 및 도 67은 소-신호 모델 파라미터에 대해 측정/추출된 프로세스 변동과 시뮬레이션 결과가 얼마나 정확하게 일치하는지를 보여준다. 도 66은 반-물리적으로 시뮬레이션된 Rds 및 Gm이 실제 추출된 모델 프로세스 변동과 얼마나 매우 잘 일치하는지를 도시한다.66 and 67 show how exactly the measured / extracted process variation and simulation results correspond to the small-signal model parameters. FIG. 66 shows how well the semi-physically simulated Rds and Gm coincide with the actual extracted model process variation.

반-물리적 모델의 정확한 물리적 특성을 지지하는, 보다 직접적이며 확실한 증거는 실제 물리적 변수와 시뮬레이션 성능 및 측정된 성능의 의존성을 비교함으로써 알아 볼 수 있다. 도 68에 도시된 바와 같이, 반-물리적 모델은 게이트 길이에 대한 Imax의 의존성을 매우 정확하게 재생할 수 있다. 추가로, 반-물리적 모델은 고-주파수 소-신호 등가 회로에 대한 물리적 의존성을 복제할 수도 있다. 이것은 도 69에 도시되어 있으며, 도 69는 리세스 언더컷 폭을 갖는 Rds의 의존성을 재생할 수 있다는 것을 보여준다.More direct and robust evidence supporting the exact physical properties of the semi-physical model can be found by comparing the dependence of the actual physical variables with the simulated and measured performance. As shown in FIG. 68, the semi-physical model can very accurately reproduce the dependence of Imax on the gate length. In addition, the semi-physical model may replicate the physical dependence on the high-frequency small-signal equivalent circuit. This is shown in FIG. 69, which shows that it is possible to reproduce the dependency of Rds with the recess undercut width.

S-파라미터 마이크로스코피S-parameter microscopy

S-파라미터 마이크로스코피(SPM) 방법은 여태까지 알려지지 않은 반도체 디바이스의 내부 전하 및 전계 구조의 정성적 분석을 제공하기 위해 마이크로스코피의 형태로서 바이어스 의존 S-파라미터 측정을 사용한다. 전하 제어 맵을 형성하기 위해 소신호 모델로 추출된 S-파라미터 측정의 형태로 의사 이미지(pseudo image)가 수집된다. 유한 요소 디바이스 시뮬레이션이 여태까지 반도체 디바이스의 내부 전하/전계를 계산하는데 사용되어 왔지만, 이러한 방법은 비교적 부정확한 것으로 알려져 있다. S-파라미터 마이크로스코피는 반도체 디바이스 내의 내부 전하와 전계를 결정하는데 비교적 정확한 방법을 제공한다. 내부 전하 및 전계의 정확한 모델링이 주어지면, 반도체 디바이스의 외부 전기적 특성 전부가 디바이스의 고 주파수 성능을 포함하여 비교적 정확하게 모델링될 수 있다. 그리하여, 그 시스템은 제조 분석을 위해 고 주파수 MMIC 수율 분석의 예상 및 설계를 가능하게 하는 디바이스 기술 모델을 만드는데 적합하다.The S-parameter microscopy (SPM) method uses bias-dependent S-parameter measurements in the form of microscopy to provide qualitative analysis of the internal charge and electric field structure of semiconductor devices that have not been known so far. Pseudo images are collected in the form of S-parameter measurements extracted with a small signal model to form a charge control map. Finite element device simulations have been used to calculate the internal charge / field of semiconductor devices so far, but this method is known to be relatively inaccurate. S-parameter microscopy provides a relatively accurate method for determining the internal charge and electric field in a semiconductor device. Given the accurate modeling of the internal charge and the electric field, all of the external electrical characteristics of the semiconductor device can be modeled relatively accurately, including the high frequency performance of the device. Thus, the system is suitable for creating device technology models that enable the prediction and design of high frequency MMIC yield analysis for manufacturing analysis.

S-파라미터 마이크로스코피는 SPM이 정보를 도출하도록 샘플에 반영된 에너지 및 샘플로부터의 에너지의 측정을 사용한다는 점에서 다른 마이크로스코피 기술과 유사하다. 보다 구체적으로, SPM은 투과 및 반사되는 마이크로파와 밀리미터 파의 전자기 파워 즉 S-파라미터에 기초를 두고 있다. 그러한 것으로서, S-파라미터 마이크로스코피는 주사식 및 투과식 전자 마이크로스코피(SEM 및 TEM)의 조합 동작과 유사하다. 산란되는 RF 에너지는 SEM과 TEM에서 전자빔의 반사율 및 투과율과 유사하다. 그러나, SEM과 TEM에서와 같이 전자 검출기를 사용하는 대신에, 네트워크 분석기 내의 반사계(reflectometer)가 신호를 측정하도록 S-파라미터 마이크로스코피에 사용된다. S-파라미터 마이크로스코피는 두 개 모두가 데이터로서 산란 현상의 측정을 사용하며 보다 우수한 해상도를 위해 측정을 집중(focus)시키기 위한 메커니즘을 포함하며, 그리고 아래 표 6에 도시된 바와 같이, 세부적으로 구별되는 측정 부분을 대조하는 메커니즘을 포함한다는 점에서 다른 마이크로스코피 기술과 유사하다.S-parameter microscopy is similar to other microscopy techniques in that the SPM uses measurements of the energy reflected from the sample and energy from the sample to derive information. More specifically, the SPM is based on the transmitted and reflected microwave and millimeter wave electromagnetic power, or S-parameters. As such, S-parameter microscopy is similar to the combined operation of scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM). The scattered RF energy is similar to the reflectance and transmittance of the electron beam in SEM and TEM. However, instead of using an electronic detector as in SEM and TEM, a reflectometer in the network analyzer is used in the S-parameter microscopy to measure the signal. S-parameter microscopy both use a measurement of scattering phenomena as data and include a mechanism for focusing the measurement for better resolution, and as detailed in Table 6 below It is similar to other microscopy techniques in that it includes a mechanism for contrasting the measured parts.

일반적인 마이크로스코프Common microscope S-파라미터 마이크로스코프S-parameter microscope 산란 에너지의측정Measurement of scattering energy S-파라미터의 측정Measurement of S-parameters "초점(focus)"에 대한 메커니즘Mechanism for " focus " 유니크한 등가 회로 모델의 추출에 의해집중(focuses)Focuses by Extracting Unique Equivalent Circuit Models "대비(contrast)"에 대한 메커니즘Mechanism for " contrast " 전하/전계의 특성 및 위치를 미세하게 구별하기 위해바이어스 의존성을 사용하여 대비(contrast)Contrast using bias dependencies to finely distinguish the characteristics and location of charge / field

결과result : 디바이스의 내부 전하 및 전계 구조의 세부 "이미지": "Image" of the internal charge and electric field structure of the device

S-파라미터 마이크로스코피와 연계하여, 여기에서 논의된 바와 같은 이미지는 실제 이미지와 관련된 것이 아니지만, 디바이스의 내부 동작에 관한 통찰력과 정성적 상세사항을 제공하는데 사용된다. 보다 구체적으로, S-파라미터 마이크로스코피는 마이크로스코피의 전통적인 형태의 경우에서와 같이, 시각적 이미지를 제공하지 않는다. 오히려, S-파라미터 마이크로스코피 이미지는 측정의 비-직관적인 세트에 기초하여 계산되는 맵과 더 유사하다.In conjunction with S-parameter microscopy, the image as discussed herein is not related to the actual image, but is used to provide insight and qualitative details about the internal operation of the device. More specifically, S-parameter microscopy does not provide a visual image, as is the case with traditional forms of microscopy. Rather, the S-parameter microscopy image is more similar to a map calculated based on a non-intuitive set of measurements.

도 16은 참조 번호 20으로 일반적으로 식별된 S-파라미터 마이크로스코프의 개념적 표현을 도시한다. S-파라미터 마이크로스코프(20)는 SEM 및 TEM의 원리를 결합하는 마이크로스코프와 유사하다. SEM이 반사율을 측정하며 TEM은 투과율을 측정하는 반면, 2-포트 S-파라미터 마이크로스코프(20)는 반사 파워와 투과 파워를 모두 측정한다. 그 결과, 2-포트 S-파라미터 마이크로스코프로부터 도출되는 데이터는 디바이스의 고유(intrinsic) 및 외인(extrinsic) 전하 구조에 관한 정보를 포함한다. 보다 구체적으로, 이 기술 분야에서 알려져 있는 바와 같이, SEM은 반사 전자를 통해 샘플 면의 비교적 상세한 이미지를 제공하는 반면, TEM은 투과 전자를 통해 내부 구조의 이미지를 제공한다. 반사 신호는 샘플의 외부 상세사항을 형성하는데 사용되는 반면, 투과 전자는 디바이스의 내부 구조에 관한 정보를 제공한다. 본 발명의 중요 측면에 따라, S-파라미터 마이크로스코피는 반도체 디바이스의 전하 구조의 유사한 "이미지"를 제공하도록 반사 및 투과 신호를 측정하는 프로세스를 사용한다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 반도체 디바이스의 내부 및 외부 전기적 구조는 도 17에 도시된 바와 같이, 고유 디바이스 영역(22)과 외인 기생 액세스 영역(24)이라 통상 불리운다. 또한 이 디바이스의 외부 전기적 구조에 기여하는 것은 도시되어 있지 않은 전극과 그 상호접속과 연관된 기생 성분이다. 이들은 소위 디바이스의 "레이아웃 기생" 이다.16 shows a conceptual representation of an S-parameter microscope, generally identified by reference numeral 20. The S-parameter microscope 20 is similar to a microscope that combines the principles of SEM and TEM. The SEM measures the reflectance and the TEM measures the transmittance, while the two-port S-parameter microscope 20 measures both the reflected power and the transmitted power. As a result, the data derived from the two-port S-parameter microscope includes information about the intrinsic and extrinsic charge structures of the device. More specifically, as is known in the art, SEM provides a relatively detailed image of the sample plane through reflective electrons, while TEM provides an image of the internal structure through transmitted electrons. Reflected signals are used to form external details of the sample, while transmitted electrons provide information about the internal structure of the device. In accordance with an important aspect of the present invention, S-parameter microscopy uses a process to measure reflected and transmitted signals to provide a similar “image” of the charge structure of a semiconductor device. As used herein, the internal and external electrical structures of the semiconductor device are commonly referred to as intrinsic device regions 22 and exogenous parasitic access regions 24, as shown in FIG. Also contributing to the external electrical structure of the device are the parasitic components associated with the electrodes and their interconnections which are not shown. These are the so-called "layout parasitics" of the device.

도 16을 참조하면, 포트(26 및 28)는 S-파라미터 측정으로 에뮬레이팅된다. 일반적으로 참조 번호 30으로 식별된 특정 반도체 디바이스에 대해 S-파라미터 측정은 다른 마이크로스코피 기술에서의 이미지와 유사한 원(32) 내에 도시된 전하 제어 맵을 제공하도록 본 발명에 따라 처리된다. 아래에서 보다 더 자세하게 논의되는 바와 같이, 이들 전하 제어 맵(32)은 등가 회로 모델의 형태로 표현된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 선형 회로 요소는 반도체 디바이스(30) 내의 전하/전계 또는 반도체 디바이스의 소위 내부 전기 구조의 상태와 크기를 나타내도록 모델에 사용될 수 있다. 모델 토폴로지(model topology) 내의 회로 요소의 위치는 디바이스 구조 내의 물리적 위치와 대략 근사하며, 그리하여 전하 제어 맵은 디바이스의 내부 전기적 구조의 도면을 나타낸다.Referring to Figure 16, ports 26 and 28 are emulated with S-parameter measurements. S-parameter measurements are generally processed in accordance with the present invention to provide a charge control map shown in a circle 32 similar to an image in other microscopy techniques for a particular semiconductor device identified generally by the reference numeral 30. As discussed in more detail below, these charge control maps 32 are represented in the form of equivalent circuit models. As shown in FIG. 18, linear circuit elements may be used in the model to represent the state and magnitude of the charge / field in semiconductor device 30 or the so-called internal electrical structure of the semiconductor device. The location of the circuit elements in the model topology is approximately close to the physical location in the device structure, so that the charge control map shows a diagram of the internal electrical structure of the device.

반도체 디바이스 내에서 측정된 전하/전계의 정확한 위치의 해석은, 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 별개의 선형 요소를 갖는 등가 회로 모델이 실제 디바이스에서 전하/전계의 분포 구조를 나타내는데 사용되기 때문에 모호한 것으로 알려져 있다. 비록 측정된 양 사이의 물리적 경계를 구분하는데 정확한 방법이 존재하지 않을 지라도, 바이어스 의존성은 S-파라미터가 어떻게 구분, 분리, 대조되어야 하는지를 명료하게 하는데 사용된다. 특히, 바이어스 조건을 변화시키는 것은 디바이스 내의 전하 및 전계 사이의 크기 및 이동 경계를 변화시키는 것으로 알려져 있다. 그 변화는 정상적으로 예측가능하며 대부분의 기술에서 정성적으로 잘 알려져 있다. 그러한 것으로서, 전하 제어 맵은, 전기 전하 및 전계의 크기, 위치, 및 분리의 물리적 변화의 특성화를 도시하는 맵으로서 용이하게 사용될 수 있다.The interpretation of the exact position of the charge / field measured in the semiconductor device is used to represent the distribution structure of the charge / field in the actual device, for example, as shown in FIG. 19, with an equivalent circuit model having separate linear elements. It is known to be ambiguous. Although no precise method exists for separating physical boundaries between measured quantities, bias dependencies are used to clarify how S-parameters should be distinguished, separated, and collated. In particular, changing the bias condition is known to change the magnitude and movement boundary between the charge and the electric field in the device. The change is normally predictable and qualitatively well known in most techniques. As such, the charge control map can be readily used as a map showing the characterization of the physical changes in the magnitude, position, and separation of the electric charge and the electric field.

다른 형태의 마이크로스코피와 유사하게, 본 발명에 따른 S-파라미터 마이크로스코프(20)는 참조 번호 40으로 구별된 렌즈를 에뮬레이팅한다(도 16). 렌즈(40)는 측정된 S-파라미터를 또한 정확하게 시뮬레이션하는 유니크한 등가 회로 모델의 추출을 위한 방법에 의해 시뮬레이션된다. 보다 구체적으로, S-파라미터를 시뮬레이션하는 등가 회로 모델에 대한 파라미터 추출 방법은 비교적 잘 알려져 있다. 그러나, 그 유일한 목적이 측정하는 S-파라미터를 정확하게 피팅시킬 때, 무한 개수의 솔루션이 가능한 등가 회로 파라미터 값에 대해 존재한다. 따라서, 본 발명의 중요한 측면에 따라, 디바이스의 물리적 전하 제어 맵을 정확하게 기술하는 단 하나의 유니크 솔루션이 추출된다. 등가 회로 모델 파라미터의 유니크 추출을 위한 본 방법은 전하 제어 맵 솔루션을 집중(focus)시키는 렌즈 역할을 한다. 여기에서 논의되고 예시되는 바와 같이, 렌즈(40)는 분명한 레이아웃 기생 임베딩 모델에 기초를 두고 있는 필터에 의해 이후 시뮬레이션된다. 아래에 논의하는 바와 같이, 레이아웃 기생 임베딩 모델은 디바이스의 외부 전기 특성에 대해 디바이스의 전극 및 상호접속의 효과를 시뮬레이션하는 선형 요소로 구성된다. π-FET 임베딩 모델(42)이 아래에 기술된다. 이 모델은 효과적으로 예비 전하 제어 맵 솔루션에 외인 기생 액세스 기여의 전기적 구조를 제거하도록 필터로서 작동한다. 결과적으로 필터링되는 전하 제어 맵 솔루션은 고유 디바이스의 전기적 구조만을 도시하는 보다 더 선명한 "이미지"를 나타낸다. 이 향상된 이미지는 가능한 한 내부 전하/전계의 조망을 정확하게 달성하는데 요구된다. 유니크하지 않은 등가 회로 모델을 추출하기만 하며 유니크한 전하 제어 맵을 추출하지 않는 도 21에 도시된 바와 같은 종래의 추출 기술과는 다르게, 본 발명에 따른 S-파라미터 마이크로스코프(20)는 반도체 디바이스 내의 내부 전하/전계 구조를 비교적 정확하게 모델링할 수 있다.Similar to other forms of microscopy, the S-parameter microscope 20 according to the present invention emulates a lens identified by reference numeral 40 (FIG. 16). Lens 40 is simulated by a method for the extraction of a unique equivalent circuit model that also accurately simulates the measured S-parameters. More specifically, parameter extraction methods for equivalent circuit models that simulate S-parameters are relatively well known. However, its sole purpose is to have an infinite number of possible solutions for equivalent circuit parameter values when fitting the S-parameters to measure accurately. Thus, in accordance with an important aspect of the present invention, only one unique solution is extracted that accurately describes the physical charge control map of the device. The present method for unique extraction of equivalent circuit model parameters serves as a lens to focus the charge control map solution. As discussed and illustrated herein, lens 40 is subsequently simulated by a filter based on a clear layout parasitic embedding model. As discussed below, the layout parasitic embedding model consists of linear elements that simulate the effects of the electrodes and interconnections of the device on the external electrical properties of the device. The π-FET embedding model 42 is described below. This model acts as a filter to effectively remove the electrical structure of exogenous parasitic access contributions to the preliminary charge control map solution. The resulting filtered charge control map solution shows a sharper "image" showing only the electrical structure of the native device. This enhanced image is required to achieve the view of the internal charge / field as accurately as possible. Unlike conventional extraction techniques as shown in FIG. 21 which only extracts a non-unique equivalent circuit model and does not extract a unique charge control map, the S-parameter microscope 20 according to the present invention is a semiconductor device. The internal charge / field structure within can be modeled with relative accuracy.

S-파라미터 마이크로스코프의 예시적인 어플리케이션이 아래에 자세하게 도시된다. 이 예에서, 4개의 게이트 핑거와 도 31에서 일반적으로 도시되어 있으며 참조 번호 43으로 식별된 바와 같이 π-FET 레이아웃으로 형성된 200㎛의 총 게이트 외주(total gate periphery)를 갖는 예시적인 GaAs HEMT 디바이스가 사용된다.GaAS HEMT(43)이 물에서 S-파라미터 측정을 용이하게 하기 위해 100㎛ 피치의 공면 테스트 구조에 임베딩되도록 적응된다.Exemplary applications of S-parameter microscopes are shown in detail below. In this example, an exemplary GaAs HEMT device with four gate fingers and a total gate periphery of 200 μm formed in a π-FET layout as shown generally in FIG. 31 and identified by reference numeral 43 is shown. GaAS HEMT 43 is adapted to be embedded in a coplanar test structure with a 100 μm pitch to facilitate S-parameter measurements in water.

처음에는, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 디바이스에 대한 I-V 특성이 측정된다. 특히, 드레인 소스 전류(Ids)는 도 23에 도시된 바와 같이 여러 게이트 전압(Vgs)에서 드레인 대 소스 전압(Vds)의 함수로서 도시된다. 도 24는 여러 드레인 전압(Vds)에서 게이트 전압(Vgs) 및 트랜스컨덕턴스(Gm)(즉, Vgs에 대한 Ids의 도함수)의 함수로서 드레인 대 소스 전류(Ids)를 도시한다. 이들 I-V 특성은, 세 개 단자를 가진 반도체 디바이스 기술의 한 종류인, HEMT 디바이스 및 대부분의 반도체 디바이스를 나타낸다.Initially, as shown in FIGS. 23 and 24, I-V characteristics for the device are measured. In particular, the drain source current Ids is shown as a function of drain to source voltage Vds at various gate voltages Vgs, as shown in FIG. FIG. 24 shows drain to source current Ids as a function of gate voltage Vgs and transconductance Gm (ie, derivative of Ids over Vgs) at various drain voltages Vds. These I-V characteristics represent HEMT devices and most semiconductor devices, which are one type of semiconductor device technology with three terminals.

표 7은 S-파라미터가 측정되었던 바이어스 조건을 도시한다. S-파라미터는 각 바이어스 조건에서 0.05 내지 40 GHz에서 측정되었다. 도 25는 0.05 내지 40.0GHz의 주파수에 대해 측정된 S-파라미터(S11, S12, 및 S22)를 도시하는 스미스 차트(Smith chart)를 도시한다. 도 26은 0.05 내지 40.0 GHz의 주파수에 대해 측정된 S-파라미터(S21)에 대한 각의 함수로서 크기를 그래프로 도시한다.Table 7 shows the bias conditions under which the S-parameters were measured. S-parameters were measured at 0.05-40 GHz under each bias condition. FIG. 25 shows a Smith chart showing S-parameters S11, S12, and S22 measured for frequencies of 0.05-40.0 GHz. FIG. 26 graphically shows magnitude as a function of angle for S-parameter S21 measured for frequencies of 0.05-40.0 GHz.

측정된 S-파라미터 바이어스 조건Measured S-Parameter Bias Conditions 바이어스bias Vds=0VVds = 0V Vds=0.5VVds = 0.5V Vds=1.0VVds = 1.0V Vds=2.0VVds = 2.0V Vds=4.0VVds = 4.0V Vds=5.0VVds = 5.0V VgsVgs -1.6V-1.6V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -1.4V-1.4V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -1.2V-1.2V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -1 V-1 V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -0.8V-0.8V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -0.6V-0.6V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -0.4V-0.4V Yes Yes Yes Yes Yes Yes -0.2V-0.2V Yes Yes Yes Yes Yes Yes 0V0 V Yes Yes Yes Yes Yes Yes 0.2V0.2V Yes Yes Yes Yes Yes Yes 0.4V0.4 V Yes Yes Yes Yes Yes Yes 0.6V0.6 V Yes Yes Yes Yes Yes Yes

도 19에 도시된 소신호 모델을 사용하여, 추출된 소신호 등가 회로 값은 아래에서 논의되는 추출 방법을 사용하여, 각 바이어스 조건에서 각 S-파라미터에 대해 표 8에 도시된 바와 같이 얻어진다.Using the small signal model shown in FIG. 19, the extracted small signal equivalent circuit values are obtained as shown in Table 8 for each S-parameter under each bias condition, using the extraction method discussed below.

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표 8의 값은 전하 제어 맵에 가까운 솔루션을 나타내며 FET의 전기 구조의 물리적으로 의미있는 솔루션을 나타낸다. 그러나, 표 8에 나타나 있는 값은 고유 디바이스 특성에 가장 정확한 전하 제어 맵핑을 얻을 수 있도록 임베딩 기생에 대한 모델을 사용하여 뺄셈된, 외부 레이아웃 기생의 영향을 포함한다. 특히, 추출된등가 회로 모델 값을 필터링하고 고유 디바이스를 보다 잘 대표하는 값을 얻기 위해 임베딩 모델이 적용된다. 특히, 예시적인 실시예에서, π-FET 임베딩 기생 모델은 중간전극과 오프-메사 레이아웃 기생 영향으로 인한 용량성 기여를 빼는데 사용된다. 이 필터는 수반되는 디바이스 레이아웃에 따라 서로 다른 파라미터(Cgs, Cgd, 및 Cds)로 형성된 알려진 양을 필수적으로 뺀다. 이 예에서, 유도성 파라미터의 임베딩은, 이들 양이 외인성이어서 고유 디바이스의 전하 제어 맵에 기여하지 않기 때문에, 필요하지는 않다.The values in Table 8 represent solutions close to the charge control map and represent physically meaningful solutions of the electrical structure of the FETs. However, the values shown in Table 8 include the effects of external layout parasitics, subtracted using a model for embedding parasitics to obtain the most accurate charge control mapping to intrinsic device characteristics. In particular, the embedding model is applied to filter the extracted equivalent circuit model values and to obtain values that better represent the unique device. In particular, in the exemplary embodiment, the π-FET embedding parasitic model is used to subtract the capacitive contribution due to the intermediate electrode and off-mesa layout parasitic effects. This filter essentially subtracts a known amount formed of different parameters (Cgs, Cgd, and Cds) depending on the device layout involved. In this example, embedding of inductive parameters is not necessary because these amounts are exogenous and do not contribute to the charge control map of the inherent device.

위에서 논의된 바와 같이, 필터를 갖는 렌즈는 유니크한 전하 제어 맵을 생성하는데 사용된다. 특히, 도 27 내지 도 30은 바이어스의 함수로서 파라미터(RS, RD, RI, CGS, 및 CGD)에 대해 바이어스 의존 전하 제어 맵을 도시한다. 보다 구체적으로 도 27은 바이어스의 함수로서 소스 저항(Rs)에 의해 도시된 온-메사 소스 액세스 영역 내의 전하의 전하 제어 맵 및 전계 분포를 도시한다. 도 28은 바이어스 함수로서 드레인 저항(Rd)에 의해 도시된 온-메사 드레인 액세스 영역 내의 전하의 전하 제어 맵 및 전계 분포를 도시한다. 도 29는 서로 다른 드레인 바이어스 포인트에 대해 게이트 바이어스의 함수로서 고유 디바이스 충전 저항(Ri)에 의해 도시된 비-준 정적인(non-quasistatic) 다수 캐리어 전송에 대한 전하 제어 맵을 도시한다. 도 30은 바이어스의 함수로서 게이트 커패시턴스(CGS 및 CGD)로 도시된 게이트 아래에서 게이트 변조 전하 및 분포에 대한 전하 제어 맵을 도시한다.As discussed above, a lens with a filter is used to generate a unique charge control map. In particular, FIGS. 27-30 show bias dependent charge control maps for parameters RS, RD, RI, CGS, and CGD as a function of bias. More specifically, FIG. 27 shows the charge control map and electric field distribution of charge in the on-mesa source access region shown by the source resistance Rs as a function of bias. FIG. 28 shows the charge control map and electric field distribution of charge in the on-mesa drain access region shown by the drain resistor Rd as a bias function. FIG. 29 shows the charge control map for non-quasistatic multi-carrier transfers shown by the intrinsic device charge resistance Ri as a function of gate bias for different drain bias points. 30 shows a charge control map for the gate modulated charge and distribution under the gate shown as gate capacitances CGS and CGD as a function of bias.

필터filter

위에 언급된 바와 같이, S-파라미터 마이크로스코프(20)는 반도체 디바이스의 내부 전하/전계를 모델링하는 보다 더 선명한 전하 제어 맵을 제공하기 위해 필터를 사용한다. 비록 필터가 도 31 및 도 32에 도시된 바와 같이 다수의 게이트 핑거(gate finger)를 갖는 πFET와 연계하여 도시되어 있지만, 본 발명의 원리는 다른 반도체 디바이스에도 적용 가능하다.As mentioned above, the S-parameter microscope 20 uses a filter to provide a clearer charge control map that models the internal charge / field of the semiconductor device. Although the filter is shown in conjunction with a? FET with multiple gate fingers as shown in Figures 31 and 32, the principles of the present invention are applicable to other semiconductor devices.

도 31에 도시된 바와 같이, π-FET 는 도시된 바와 같이, 능동 영역의 에지와 게이트 핑거가 그리스 문자 π와 비슷한 디바이스이다. 이러한 π-FET 레이아웃은 예를 들어, 도 32에 도시된 바와 같이, 다수의 핑거가 붙은 대형 외주 디바이스 셀(multi fingered large periphery device cell)의 구성을 용이하게 한다. 본 발명의 중요한 측면에 따라, 다수의 핑거의 반도체 디바이스는 단일 핑거의 디바이스 셀의 결합으로 모델링된다. 각 단일 핑거의 디바이스 셀은 4개의 모델의 계층으로 나타나며, 이러한 계층은 차례로 도 33에 도시되어 있는 임의의 다수의 핑거가 붙은 디바이스 셀을 나타내도록 상호접속하기 위해 모델을 사용하여 서로 조립된다. 4개의 모델은, 오프메사 또는 주변 기생 모델, 상호전극 기생 모델, 온-메사 기생 모델, 및 고유 모델과 같다.As shown in FIG. 31, π-FET is a device in which the edge and gate finger of the active region are similar to the Greek letter π, as shown. This π-FET layout facilitates the construction of a multi fingered large periphery device cell, for example, as shown in FIG. According to an important aspect of the present invention, semiconductor devices of multiple fingers are modeled as a combination of device cells of a single finger. The device cells of each single finger are represented by a hierarchy of four models, which are in turn assembled with each other using the model to interconnect to represent any multi-fingered device cells shown in FIG. 33. The four models are the same as offmesa or peripheral parasitic models, mutual electrode parasitic models, on-mesa parasitic models, and intrinsic models.

오프-메사 기생 모델은 도 34에 도시되어 있다. 이 모델은 각 게이트 핑거에 대해 능동 FET 영역 외부에 존재하는 기생을 나타낸다. 이 모델에서, 오프메사 게이트 핑거 저항뿐만 아니라 능동 디바이스 영역 외의 각 게이트 핑거의 프린징 커패시턴스가 모델링된다.The off-mesa parasitic model is shown in FIG. 34. This model represents the parasitics present outside the active FET region for each gate finger. In this model, the fringing capacitance of each gate finger outside the active device region as well as the off mesa gate finger resistance is modeled.

상호전극 기생 모델과 이에 대응하는 등가 회로는 도 35 내지 도 37에 도시되어 있다. 이 모델은 각 게이트 핑거를 따라 금속 전극 사이에 기생을 나타낸다.다음의 프린징 커패시턴스 기생은, 도 36에 일반적으로 도시된 바와 같이, 게이트 대 소스 에어 브릿지, 드레인 대 소스 에어 브릿지, 게이트 대 소스 옴 저항, 게이트 대 드레인 옴 저항, 및 소스 대 드레인 옴 저항에 대해 모델링된다.The mutual electrode parasitic model and its equivalent circuit are shown in FIGS. 35-37. This model exhibits parasitics between metal electrodes along each gate finger. The following fringe capacitance parasitics, as shown generally in FIG. 36, are gate to source air bridges, drain to source air bridges, and gate to source ohms. Modeled for resistance, gate to drain ohmic resistance, and source to drain ohmic resistance.

온-메사 기생 모델과 이에 대응하는 등가 회로는 도 38 및 도 39에 도시되어 있다. 이 모델은 여러 커패시턴스 프린징 기생과 저항성 기생을 포함하는 각 게이트 핑거를 따라 능동 FET 영역 주변의 그 기생을 나타낸다. 특히, 게이트 대 소스 측 리세스, 게이트-드레인-측 리세스, 게이트 소스 액세스 전하/도핑된 캡, 및 게이트-드레인 액세스 전하/도핑된 캡 커패시턴스 프린징 기생이 모델링된다. 더욱이, 게이트 금속화 및 옴 접촉 저항 기생이 모델링된다.The on-mesa parasitic model and its equivalent circuit are shown in FIGS. 38 and 39. This model represents the parasitics around the active FET region along each gate finger, which includes several capacitance fringe parasitics and resistive parasitics. In particular, gate to source side recesses, gate-drain-side recesses, gate source access charge / doped caps, and gate-drain access charge / doped cap capacitance fringe parasitics are modeled. Moreover, gate metallization and ohmic contact resistance parasitics are modeled.

고유 모델과 이에 대응하는 등가 회로는 도 40 및 도 41에 도시되어 있다. 고유 모델은 FET 성능을 지배적으로 결정하는 물리적 특성을 나타낸다. 특히, DC 및 전류 전압 응답은, 예를 들어, 1987년, 8월, 휴즈(Hughes) 등에 의한, "AlGaAs/GaAs 변조-도핑된 FET에서 비선형 전하 제어(NONLINEAR CHARGE CONTROL IN AlGaAs/GaAs MODULATION-DOPED FETs)",IEEE 회보, 전자 디바이스(Vol. ED-34, No. 8)에 기술된 바와 같이, 이 기술 분야에서 일반적으로 알려져 있는 고유 전하의 위치와 크기에 대한 물리적 특성에 기초한 분석 방정식에 의해 결정될 수 있다. 소신호 모델 성능은, RI, RJ, RDS, RGS, RGD, GM, TAU, CGS, CDS, 및 CGD와 같은 여러가지 조건을 도출하도록 적절한 전하 또는 전류 제어 방정식의 도함수를 취함으로써 모델링된다. 이러한 제어 방정식은 이 기술 분야에서 일반적으로 알려져 있으며 앞서 언급된 휴즈 등의 참조문헌에 상세하게 기술되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 인용 문헌으로 병합된다. 잡음 성능은, 1974년, 9월, 스타츠(H. Statz) 등에 의한, "갈륨 비소 전계 효과 트랜지스터의 잡음 특성(Noise Characteristics of Gallium Arsenide Field-Effect Transistors)", (IEEE-회보, 전자 디바이스, Vol. ED-21, No. 9), 및 1963년, 3월, 반 데어 칠(A. Van Der Ziel)에 의한, "상당히 높은 주파수에서 전계 효과 트랜지스터의 게이트 잡음(Gate Noise in Field Effect Transistors at Moderately High Frequencies)", (IEEE 간행물, Vol. 51), 1974년 9월, 에이치. 스타츠에 의한, "상당히 높은 주파수에서 전계 효과 트랜지스터의 게이트 잡음", (IEEE 회보, 전자 디바이스, Vol. ED-21, No. 9) 및 1974년, 9월, 스타츠 등에 의한, "갈륨 비소 전계 효과 트랜지스터의 잡음 특성", (IEEE 회보 전자 디바이스, Vol. ED-21, No. 9)의 전류 또는 전압 퍼터베이션 분석에 의해 모델링될 수 있다.The intrinsic model and its equivalent circuit are shown in FIGS. 40 and 41. Inherent models represent the physical characteristics that predominantly determine FET performance. In particular, the DC and current voltage responses are described by, for example, Hughes et al., "NONLINEAR CHARGE CONTROL IN AlGaAs / GaAs MODULATION-DOPED," for example, by Hughes et al. FETs) ", IEEE Bulletin, Electronic Devices (Vol. ED-34, No. 8), by means of analytical equations based on physical properties of the position and magnitude of intrinsic charges generally known in the art Can be determined. Small signal model performance is modeled by taking the derivative of the appropriate charge or current control equation to derive various conditions such as RI, RJ, RDS, RGS, RGD, GM, TAU, CGS, CDS, and CGD. Such control equations are generally known in the art and are described in detail in the aforementioned Hughes et al., Which are incorporated herein by reference. Noise performance is described by H. Statz et al., "Noise Characteristics of Gallium Arsenide Field-Effect Transistors," (IEEE-Bulletin, Electronic Devices, Vol. ED-21, No. 9, and by A. Van Der Ziel, March 1963, "Gate Noise in Field Effect Transistors at significantly higher frequencies. Moderately High Frequencies ”, (IEEE Publication, Vol. 51), September 1974, H. "Gate Noise in Field Effect Transistors at Quite High Frequencies" by Starts , ( IEEE Bulletin, Electronic Devices , Vol. ED-21, No. 9) and "Galium Arsenide," by Starts et al., 1974, September. Noise characteristics of field effect transistors ", (current IEEE voltage electronic device , Vol. ED-21, No. 9) or by voltage perturbation analysis.

위에서 논의된 S-파라미터 마이크로스코피와 함께 사용하기 위한 기생 모델의 예는 도 42 내지 도 49에 도시되어 있다. 비록 반도체 디바이스의 특정 실시예가 도시되고 설명되어 있지만, 본 발명의 원리는 여러 반도체 디바이스에 적용가능하다. 도 42a를 참조하면, π-FET 가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, π-FET 가 4개의 게이트 핑거를 가지고 있다. 4개의 핑거가 붙은 π-FET가 도 42b에 모델링되어 있다. 특히, 도 42b는, 예를 들어, 에이지런트 테크놀로지에 의해 제조되는 바와 같이, LIBRA 6.1의, 알려진 CAD 프로그램에 의해 구현되는 바와 같이, 도 42a 에 도시된 π-FET에 대한 등가 회로 모델을 도시한다. 도시된 바와 같이, 등가 회로 모델이 기생 임베딩 모델을 구현하는 것과 연관된 네트워크 연결 또는 등가 회로 요소의 전부를 도시하는 것은 아니라, 오히려 최종 제품을 예시한다. 네트워크와 그 등가 회로 요소의 구성에 관한 실제 기술 정보는 통상적으로 개략적인 도면으로 제공된다. 기생 모델링의 중요한 측면은 다수의 게이트 핑거가 붙은 디바이스의 단일 게이트 핑거 디바이스로의 모델링에 관한 것이다. 여기에 사용되는 바와 같이, 단일 단위 디바이스 셀은 단일 게이트 핑거와 연관된 디바이스를 말한다. 예를 들어, 도 42a에 도시된 바와 같이, 4개의 핑거가 붙은 π-FET 는 4개의 단위 디바이스 셀로 모델링된다.Examples of parasitic models for use with the S-parameter microscopy discussed above are shown in FIGS. 42-49. Although certain embodiments of semiconductor devices are shown and described, the principles of the present invention are applicable to various semiconductor devices. Referring to Fig. 42A, π-FET is shown. As shown, the π-FET has four gate fingers. A four-fingered π-FET is modeled in FIG. 42B. In particular, FIG. 42B shows an equivalent circuit model for the π-FET shown in FIG. 42A, as implemented by a known CAD program of LIBRA 6.1, for example, manufactured by AGE Technologies. . As shown, the equivalent circuit model does not depict all of the network connections or equivalent circuit elements associated with implementing the parasitic embedding model, but rather illustrates the final product. Actual technical information regarding the configuration of the network and its equivalent circuit elements is typically provided in a schematic drawing. An important aspect of parasitic modeling relates to the modeling of a device with multiple gate fingers into a single gate finger device. As used herein, a single unit device cell refers to a device associated with a single gate finger. For example, as shown in FIG. 42A, a four-fingered π-FET is modeled into four unit device cells.

초기에, 도 42a에 도시된 4개의 핑거가 붙은 π-FET 은 도 43 및 도 44에 도시된 바와 같이, 고유 모델(102)을 갖는 단일 핑거 단위 디바이스 셀(100)로서 모델링된다. 특히, π-FET 고유 FET 모델(104)은 제 1 임베딩 레벨을 정의하는 블록(102)과 대체된다. 도 44에 도시된 바와 같이, π-FET 고유 모델에 대한 파라미터 값은 단일 핑거가 붙은 단위 디바이스 셀 고유 모델에 대한 파라미터 값과 서로 더해진다. 고유 디바이스 모델(104)은 위에 논의된 바와 같이, S-파라미터 마이크로스코피에 의해 전개(developed)될 수 있다. 그 다음으로, 도 45에 도시된 바와 같이, 상호접속 레이아웃 기생 요소는 제 2 임베딩 레벨을 정의하는 단일 단위 디바이스 셀을 형성하기 위해 적절한 회로 요소의 값에 모델 항(model term)을 단순히 추가함으로써 등가 모델에 추가된다. 일단 단일 단위 디바이스 셀이 명확히 형성(formulated)되면, 이 디바이스는 다수의 핑거가 붙은 디바이스에 대한 모델을 구성하는데 사용된다. 이 경우에, 4개의 게이트 핑거를 갖는 π-FET 는 도 46에 도시된 바와 같이 4 개의 단일 핑거 디바이스 단위 셀로 모델링된다. 이후에, 오프메사 레이아웃 기생 요소는 도 47에 도시된 바와 같이, 제 3 임베딩 레벨을 정의하는 다수의 핑거가 붙은 레이아웃에 연결된다. 참조번호 108 및 110으로 일반적으로 식별된 이들 오프메사 레이아웃 기생 요소는 등가 회로 구조의 주요 외부 노드에 연결된 새로운 회로 요소로서 구현된다. 이후에, 제 4 임베딩 레벨은 도 48에 일반적으로 도시된 바와 같이 구현된다. 특히, 인덕터 모델은 도 48에 일반적으로 도시된 바와 같이, 금속 브리지 상호접속을 나타내도록 여러가지 단위 디바이스 셀의 각 소스에 연결된다. 마지막으로, 도 49에 도시된 바와 같이, 피드 전극 모델(114 및 116)이 분배 요소(즉, 마이크로스트립 라인 및 접합) 뿐만 아니라 한 덩어리의 선형 요소(커패시터, 인덕터)로서 모델링되는 제 5 임베딩 레벨이 도 53에 도시된 게이트 피드 및 드레인 접속을 형성하도록 구현된다. 도시된 바와 같이, 분배 요소는 LIBRA 6.1에 구현된 바와 같이, 마이크로스트립 요소에 대한 분배 모델이다.Initially, the four-fingered π-FETs shown in FIG. 42A are modeled as a single finger unit device cell 100 with a unique model 102, as shown in FIGS. 43 and 44. In particular, the π-FET native FET model 104 is replaced with block 102 defining the first embedding level. As shown in FIG. 44, the parameter values for the π-FET eigen model are added together with the parameter values for the unit device cell eigen model with a single finger. The unique device model 104 may be developed by S-parameter microscopy, as discussed above. Next, as shown in FIG. 45, the interconnect layout parasitics are equivalent by simply adding a model term to the value of the appropriate circuit element to form a single unit device cell defining the second embedding level. Is added to the model. Once a single unit device cell has been formulated, the device is used to construct a model for multiple fingered devices. In this case, the π-FET with four gate fingers is modeled into four single finger device unit cells as shown in FIG. Thereafter, the off-mesa layout parasitic element is connected to a plurality of fingered layouts that define a third embedding level, as shown in FIG. 47. These off-mesa layout parasitic elements, generally identified 108 and 110, are implemented as new circuit elements connected to major external nodes of the equivalent circuit structure. Subsequently, the fourth embedding level is implemented as shown generally in FIG. 48. In particular, the inductor model is connected to each source of the various unit device cells to represent a metal bridge interconnect, as generally shown in FIG. 48. Finally, as shown in FIG. 49, the fifth embedding level in which the feed electrode models 114 and 116 are modeled as a distribution element (ie, microstrip lines and junctions) as well as a mass of linear elements (capacitors, inductors). This is implemented to form the gate feed and drain connections shown in FIG. As shown, the distribution element is a distribution model for microstrip elements, as implemented in LIBRA 6.1.

FET 등가 회로 모델의 유니크한 결정을 위한 추출 방법Extraction Method for Unique Determination of FET Equivalent Circuit Model

위에 논의된 바와 같이 FET 등가 회로 파라미터를 결정하는 방법이 도 50 내지 도 55에 도시되어 있다. 본 방법은 도 5에 도시된 공통 소스 FET 등가 회로 모델과 같은 등가 회로 모델에 기초하고 있다. 도 50a를 참조하면, 모델은 단계(122)에서 초기에 생성된다. 이 알고리즘의 중요한 측면에 따라, 등가 회로 파라미터는 측정된 FET S-파라미터에 기초한다. 반도체 디바이스의 S-파라미터의 측정은 이 기술분야에서 잘 알려져 있다. 도 53a는 0.05 내지 40.05GHz 사이의 주파수에 대해 예시적으로 측정된 S-파라미터(S11, S12, 및 S22)를 도시하는 스미스 차트이다. 도 53b는 0.05 내지 40GHz의 주파수로부터 측정된 S-파라미터(S21)에 대한 크기 각의차트(magnitude angle chart)를 나타낸다. 단계(124)에 개시된 바와 같이(도 50a), S-파라미터가 측정된 후, 측정이 단계(126)에 적합한지 여부를 확증한다. 이것은 편차(anomalies)에 대한 테스트 결과를 수동적으로 검사함으로써 또는 테스트 세트를 검증하는 알고리즘에 의하여 수행된다. 만약 측정이 적합하다면, S-파라미터 측정이 단계(128)에서 저장된다.As discussed above, a method of determining FET equivalent circuit parameters is shown in FIGS. 50-55. The method is based on an equivalent circuit model, such as the common source FET equivalent circuit model shown in FIG. Referring to FIG. 50A, a model is initially generated at step 122. According to an important aspect of this algorithm, the equivalent circuit parameters are based on the measured FET S-parameters. Measurement of S-parameters of semiconductor devices is well known in the art. 53A is a Smith chart showing S-parameters S11, S12, and S22 measured by example for frequencies between 0.05 and 40.05 GHz. 53B shows a magnitude angle chart for the S-parameter S21 measured from a frequency of 0.05-40 GHz. As disclosed in step 124 (FIG. 50A), after the S-parameter is measured, it is confirmed whether the measurement is suitable for step 126. This is done by manually checking the test results for anomalies or by algorithms that verify the test set. If the measurement is suitable, the S-parameter measurement is stored at step 128.

예를 들어, 표 9에 도시된 바와 같이, 시험적인 시작 피드백 임피던스 포인트 값의 공간이 선택된다. 이때, 미나시안 알고리즘(Minasian algorithm)으로 알려져 있는 직접적인 모델 유인 알고리즘(direct model attraction algorithm)은 시작 피드백 임피던스의 각 값에 대해 등가 회로 모델 파라미터에 대한 예비 값을 생성하는데 사용된다. 이러한 추출 알고리즘은 예를 들어, 1990년, 7월, 베로스(M. Berroth) 등에 의한, "FET 소 등가 소신호 회로의 광대역 결정(Broadband Determination of the FET Small Equivalent Small Signal Circuit)", (IEEE-MTT, Vo. 38, No. 7)에서 개시된 바와 같이, 이 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 모델 파라미터 값은 표 3에 도시된 시작 임피던스 포인트 값의 각각에 대해 결정된다. 특히, 도 50a를 참조하면, 표 9의 각 임피던스 포인트는 에러 메트릭(error metric)을 전개(develop)하기 위하여 임피던스 포인트 각각에 대한 모델 파라미터 값을 전개하도록 블록(130, 132 등)에 의해 처리되며, 이 에러 메트릭은 차례로 아래에서 논의되는 바와 같이, 유니크한 소신호 디바이스 모델을 전개하는데 사용된다. 각 블록(130, 132)에서의 프로세싱은 유사하다. 그리하여, 단일 블록(130)만이 표 9에 도시된 예시적인 임피던스 포인트에 대해 논의된다. 이 예에서, 1.7Ω의 소스저항(RsΩ)과 0.0045 pH의 소스 인덕턴스(Ls)와 상관하는 피드백 임피던스 포인트(17)가 사용된다.For example, as shown in Table 9, a space of experimental starting feedback impedance point values is selected. At this point, a direct model attraction algorithm, known as the Minasian algorithm, is used to generate a preliminary value for the equivalent circuit model parameter for each value of the starting feedback impedance. This extraction algorithm, e.g., 1990,, "FET small crystal of broadband small-signal equivalent circuit (Broadband Determination of the FET Small Small Signal Equivalent Circuit)" due to July, Kerberos (M. Berroth), (IEEE- As is disclosed in MTT , Vo. 38, No. 7), it is well known in the art. Model parameter values are determined for each of the starting impedance point values shown in Table 3. In particular, referring to FIG. 50A, each impedance point in Table 9 is processed by blocks 130, 132, etc. to develop model parameter values for each impedance point in order to develop an error metric. This error metric, in turn, is used to develop a unique small signal device model, as discussed below. The processing at each block 130, 132 is similar. Thus, only a single block 130 is discussed for the example impedance points shown in Table 9. In this example, a feedback impedance point 17 is used that correlates the source resistance RsΩ of 1.7Ω and the source inductance Ls of 0.0045 pH.

시험 시작 피드백, 임피던스 공간 포인트 값Test start feedback, impedance space point value 임피던스 포인트Impedance point 저항(Rs)Resistance (Rs) 인덕턴스(Ls)Inductance (Ls) 1One 0.1Ω0.1Ω 0.0045pH0.0045pH 22 0.2Ω0.2Ω 0.0045pH0.0045pH 33 0.3Ω0.3 Ω 0.0045pH0.0045pH 44 0.4Ω0.4 Ω 0.0045pH0.0045pH 55 0.5Ω0.5 Ω 0.0045pH0.0045pH 66 0.6Ω0.6 Ω 0.0045pH0.0045pH 77 0.7Ω0.7Ω 0.0045pH0.0045pH 88 0.8Ω0.8 Ω 0.0045pH0.0045pH 99 0.9Ω0.9 Ω 0.0045pH0.0045pH 1010 1.0Ω1.0Ω 0.0045pH0.0045pH 1111 1.1Ω1.1Ω 0.0045pH0.0045pH 1212 1.2Ω1.2Ω 0.0045pH0.0045pH 1313 1.3Ω1.3Ω 0.0045pH0.0045pH 1414 1.4Ω1.4Ω 0.0045pH0.0045pH 1515 1.5Ω1.5 Ω 0.0045pH0.0045pH 1616 1.6Ω1.6 Ω 0.0045pH0.0045pH 1717 1.7Ω1.7 Ω 0.0045pH0.0045pH 1818 1.8Ω1.8Ω 0.0045pH0.0045pH 1919 1.9Ω1.9Ω 0.0045pH0.0045pH 2020 2.0Ω2.0Ω 0.0045pH0.0045pH 2121 2.1Ω2.1Ω 0.0045pH0.0045pH 2222 2.2Ω2.2 Ω 0.0045pH0.0045pH 2323 2.3Ω2.3 Ω 0.0045pH0.0045pH 2424 2.4Ω2.4 Ω 0.0045pH0.0045pH 2525 2.5Ω2.5 Ω 0.0045pH0.0045pH 2626 2.6Ω2.6 Ω 0.0045pH0.0045pH 2727 2.7Ω2.7 Ω 0.0045pH0.0045pH 2828 2.8Ω2.8Ω 0.0045pH0.0045pH 2929 2.9Ω2.9 Ω 0.0045pH0.0045pH 3030 3.0Ω3.0Ω 0.0045pH0.0045pH

선택된 값 Rs=1.7Ω에 대하여, 초기 고유 등가 회로 파라미터와 초기 기생 등가 회로 파라미터는 예를 들어, 앞서 언급된 미나시안 알고리즘에 의해 결정되며, 단계(134 및 136)에 개시된 바와 같이, 표 10 및 표 11에 도시되어 있다. 단계(138)에서, 시뮬레이션된 회로 파라미터는 예를 들어, 도 54a 및 54b에 도시된바와 같이, 측정된 S-파라미터와 비교된다. 프로세싱 블록(130 및 132 등)의 각각은 일정 수의 완성 사이클, 이 예에서는 6개의 완성 사이클을 통과한다. 그러한 것으로서, 시스템은 6개의 사이클이 완성되었는지 여부를 단계(140)에서 결정한다.For the selected value Rs = 1.7 Ω, the initial intrinsic equivalent circuit parameters and the initial parasitic equivalent circuit parameters are determined, for example, by the Minasian algorithm mentioned above, and described in Table 10 and as described in steps 134 and 136. It is shown in Table 11. In step 138, the simulated circuit parameters are compared with the measured S-parameters, as shown, for example, in FIGS. 54A and 54B. Each of the processing blocks 130, 132, etc., passes through a number of completion cycles, in this example six completion cycles. As such, the system determines in step 140 whether six cycles have been completed.

초기 "고유" 등가 회로 파라미터Initial "Unique" Equivalent Circuit Parameters 고유 등가 회로 파라미터Intrinsic equivalent circuit parameter 초기 솔루션Initial solution CgsCgs 0.23595pF0.23595 pF RgsRgs 91826Ω91826Ω CgdCgd 0.0177pF0.0177 pF RgdRgd 100000Ω100000Ω CdsCDs 0.04045pF0.04045 pF RdsRds 142.66Ω142.66Ω GmGm 142.1025mS142.1025mS TauTau 0.1pS0.1 pS

초기 "기생" 등가 회로 파라미터Initial "parasitic" equivalent circuit parameters 고유 등가 회로 파라미터Intrinsic equivalent circuit parameter 초기 솔루션Initial solution RgRg 3.0Ω3.0Ω LgLg 0.014nH0.014nH RsRs 1.7Ω1.7 Ω LsLs 0.0045nH0.0045nH RdRd 2.5Ω2.5 Ω LdLd 0.024nH0.024nH

프로세싱 블록(130)의 각 사이클은, 일정 수의 최적화 반복, 예를 들어, 60번의 최적화 반복으로 최적화에 의해 후속되는 직접 추출로 구성된다. 최적화 반복의 수와 함께 추출 최적화 사이클의 수를 고정시킴으로써, 모델 솔루션이 도출되어야 하는, 고정된 "거리" 또는 계산 시간이 한정된다. 그러한 것으로서, 알고리즘은 고정된 계산 시간에 걸쳐 최저의 피팅 에러를 달성하여, "레이스(race)" 기준이 구현되게 함으로써, 각 시험적인 모델 솔루션이 서로에 대하여 경쟁하는 환경을 구성함으로써 전체 에러 메트릭의 수렴 속도 요건을 구현하는데, 여기서, "수렴 속도"는 각 프로세싱 블록(130, 132, 등)에 대해 암시적으로 계산한다.Each cycle of processing block 130 consists of a direct extraction followed by optimization with a certain number of optimization iterations, eg, 60 optimization iterations. By fixing the number of extraction optimization cycles along with the number of optimization iterations, the fixed "distance" or computational time at which the model solution should be derived is limited. As such, the algorithm achieves the lowest fitting error over a fixed computational time, allowing the "race" criteria to be implemented, thereby constructing an environment in which each experimental model solution competes with each other to determine the overall error metric. Implement the convergence rate requirement, where the "convergence rate" is implicitly calculated for each processing block 130, 132, and so on.

레이싱(racing)이 단계(140)에서 완료되었는지 여부를 시스템이 결정한 후, 그 시스템은 블록(142)으로 진행하고 모델 파라미터를 최적화한다. 여러 상업 소프트웨어 프로그램도 이용 가능하다. 예를 들어, HP-eesof에 의해 제조되는 바와 같은, 상업적으로 이용 가능한, LIBRA 3.5 소프트웨어도 함수를 최적화하는데 뿐만 아니라 회로 시뮬레이션을 위해 모두 사용될 수 있다. 피드백 저항(Rs)을 고정된 값으로 고정시키는 외에도 표 12에 개시되어 있는 제한조건에 따라 최적화가 수행된다.After the system determines whether racing has completed in step 140, the system proceeds to block 142 and optimizes the model parameters. Many commercial software programs are also available. For example, commercially available LIBRA 3.5 software, such as manufactured by HP-eesof, can also be used both for optimizing functions as well as for circuit simulation. In addition to fixing the feedback resistor Rs to a fixed value, optimization is performed according to the constraints described in Table 12.

이 예에서 구현된 바와 같은, 경쟁적 솔루션 전략에 사용되는 환경Environment used for competitive solution strategy, as implemented in this example 구현 파라미터Implementation parameters 회로 시뮬레이터 및옵티마이저(optimizer)Circuit Simulators and Optimizers Libra 3.5Libra 3.5 최적 알고리즘Optimal algorithm 그레디언트(gradient)Gradient 최적 에러 메트릭Optimal error metrics 4에서 40GHz까지의 S11, S21, S12 및 S22의 크기 및 각Sizes and angles of S11, S21, S12 and S22 from 4 to 40 GHz 반복 횟수Number of iterations 6060 추출/최적화 주기의 횟수Number of extraction / optimization cycles 66

Rs에 대한 값을 고정시킴으로써, 알고리즘의 이 세그먼트는 시험 모델 솔루션이 시작되는 시험적인 피드백 임피던스 포인트에 대해서만 시험적인 모델 솔루션을 생성하는 것으로 한정되었다. 표 13은 LIBRA 3.5와 같은, 상업적으로 이용가능한 소프트웨어를 사용하여 최적화된 고유 등가 파라미터 값을 도시한다. 표 14에 예시된, 최적화된 기생 값과 함께 이들 값은 제 1 추출-최적화 사이클(즉, 6개 중에 하나)에 대한 제 1 최적화된 모델 솔루션을 형성한다. 최적화된 모델 파라미터는 이후 새로운 초기 모델 솔루션에 사용되는 함수 블록(134 및 136)(도 50a)으로 피드백된다. 이들 값은 도 54a 및 도 54b에 도시되어 있는 바와 같은 측정된 S-파라미터 값과 비교된다. 그 시스템은 위에 언급된 바와 같은 유사한 방식으로 6개의 사이클 동안 이 사이클을 반복한다. 6개의 추출-최적화 사이클 후에, 시험 임피던스 포인트(17)에 대한 최종 시험 모델 솔루션이 새로운 에러 메트릭(144)을 형성하도록 측정된 데이터에 대한 최종 피팅 에러와 함께 완성된다. 중요 측면에 따라, 추출-최적화 알고리즘은 각 포인트에 대한 최종 최적화 피팅 에러가 측정된 에러 대 모델 피팅 에러 및 수렴 속도에 관한 정보를 가지게 한다. 이 알고리즘은 여러 시험 모델 솔루션 사이의 경쟁적 레이스를 구성하는 고정되어 있는 최적화 시간의 구속조건(fixed optimization time constraint)에 의해 그렇게 한다.By fixing the value for Rs, this segment of the algorithm was limited to creating a test model solution only for the test feedback impedance point at which the test model solution begins. Table 13 shows intrinsic equivalent parameter values optimized using commercially available software, such as LIBRA 3.5. These values along with the optimized parasitic values, illustrated in Table 14, form the first optimized model solution for the first extraction-optimization cycle (ie, one of six). The optimized model parameters are then fed back to the function blocks 134 and 136 (FIG. 50A) used in the new initial model solution. These values are compared with the measured S-parameter values as shown in FIGS. 54A and 54B. The system repeats this cycle for six cycles in a similar manner as mentioned above. After six extraction-optimization cycles, the final test model solution for the test impedance point 17 is completed with the final fitting error for the measured data to form a new error metric 144. According to an important aspect, the extraction-optimization algorithm allows the final optimization fitting error for each point to have information about the measured error versus model fitting error and convergence rate. This algorithm does so by a fixed optimization time constraint that constitutes a competitive race between several test model solutions.

최적화된 "고유" 등가 회로 파라미터Optimized "Unique" Equivalent Circuit Parameters 고유 등가 회로 파라미터Intrinsic equivalent circuit parameter 초기 솔루션Initial solution CgsCgs 0.227785pF0.227785 pF RgsRgs 65247Ω65247 yen CgdCgd 0.017016pF0.017016pF RgdRgd 130820Ω130820Ω CdsCDs 0.047521pF0.047521pF RdsRds 160.18Ω160.18 yen GmGm 135.74mS135.74mS TauTau 0.446pS0.446 pS

최적화된 "기생" 등가 회로 파라미터Optimized "parasitic" equivalent circuit parameters 고유 등가 회로 파라미터Intrinsic equivalent circuit parameter 초기 솔루션Initial solution RgRg 4.715Ω4.715Ω LgLg 0.02903nH0.02903 nH Rs* Rs * 1.7Ω1.7 Ω LsLs 0.002102nH0.002102nH RdRd 3.2893Ω3.2893 yen LdLd 0.0317nH0.0317nH

추출 최적화 사이클의 구현은, 가장 우수하며 가장 빠른 해결 솔루션이 도 51 및 도 52에서 일반적으로 도시되어 있는 바와 같이 시험 임피던스 포인트 모두의 단계(146)에서 최종 피팅 에러에 대한 전체 최소값으로 나타나게 한다. 보다 구체적으로, 도 51을 참조하면, 새로운 에러 메트릭을 사용하는 전체 최소값 솔루션은 Rs=1.7Ω 주변에서 발견된다. 표 15 및 표 16은, 단계(148)(도 50b)에서 개시되어 있는 바와 같이, 고유 및 기생 파라미터를 포함하여, 이러한 전체 솔루션에 대한 최종 모델 등가 회로 파라미터를 리스트 한다.Implementation of the extraction optimization cycle allows the best and fastest solution to appear as the overall minimum value for the final fitting error at step 146 of both test impedance points, as generally shown in FIGS. 51 and 52. More specifically, referring to FIG. 51, the overall minimum solution using the new error metric is found around Rs = 1.7Ω. Tables 15 and 16 list the final model equivalent circuit parameters for this overall solution, including eigen and parasitic parameters, as disclosed in step 148 (FIG. 50B).

"고유" 등가 회로 파라미터에 대한 범용 솔루션Universal solution for "unique" equivalent circuit parameters 고유 등가 회로 파라미터Intrinsic equivalent circuit parameter 초기 솔루션Initial solution CgsCgs 0.227745pF0.227745 pF RgsRgs 64242Ω64242Ω CgdCgd 0.017019pF0.017019 pF RgdRgd 133450Ω133450 yen CdsCDs 0.047544pF0.047544pF RdsRds 160.1791Ω160.1791Ω GmGm 135.7568mS135.7568mS TauTau 0.443867pS0.443867 pS

"기생" 등가 회로 파라미터의 범용 솔루션Universal solution of "parasitic" equivalent circuit parameters 외인 등가 회로 파라미터Exogenous equivalent circuit parameters 초기 솔루션Initial solution RgRg 4.711895Ω4.711895Ω LgLg 0.029314nH0.029314nH RsRs 1.7Ω1.7 Ω LsLs 0.002104nH0.002104nH RdRd 3.309899Ω3.309899Ω LdLd 0.031671nH0.031671nH

이 솔루션의 정확도를 테스트하기 위하여, 솔루션에 대한 최종 모델은 도 55a 및 도 55b에 도시된 바와 같은 측정된 S-파라미터 값과 비교된다. 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 모델 값과 측정된 S-파라미터 값 사이의 양호한 상관 관계가 있으며, 그리하여 시뮬레이션된 모델 값이 비교적 정확하며 유니크한 소신호 디바이스 모델을 나타낸다는 것을 검증해준다.To test the accuracy of this solution, the final model for the solution is compared with the measured S-parameter values as shown in FIGS. 55A and 55B. As shown, there is a good correlation between the simulation model values and the measured S-parameter values, thus verifying that the simulated model values are relatively accurate and represent a unique small signal device model.

명백하게, 본 발명의 많은 변형과 변경이 위 설명으로부터 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 위에서 구체적으로 기술된 바와는 다르게 실행될 수도 있다.Obviously, many modifications and variations of the present invention will be possible from the above description. Accordingly, within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than as specifically described above.

특허문헌에 의해 포함되고자 하여 청구하는 바는 아래 청구범위와 같다.Claims to be made by the patent literature are as follows.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 반도체 디바이스의 채널 온도 및 내부 전하/전계 구조에 대해 자기 일관되게 해결하기 위해 분석적 열 저항 모델이 결합된 반-물리적인 디바이스 모델을 사용하는 반도체 디바이스를 모델링하는 방법에 이용된다.As described above, the present invention provides a method of modeling a semiconductor device using a semi-physical device model combined with an analytical thermal resistance model to self-consistently solve the channel temperature and internal charge / field structure of the semiconductor device. Used for

Claims (10)

(a) 반-물리적인(semiphysical) 모델로 반도체 디바이스를 모델링하는 단계와;(a) modeling the semiconductor device with a semi-physical model; (b) 분석적 열 모델로 상기 반도체 디바이스를 모델링하는 단계와;(b) modeling the semiconductor device with an analytical thermal model; (c) 상기 반-물리적인 모델 및 상기 분석적 열 모델을 결합하는 단계를,(c) combining the semi-physical model and the analytical thermal model, 포함하는 반도체 디바이스 모델링 방법.Semiconductor device modeling method comprising. 제 1항에 있어서, (d) 상기 반도체 디바이스의 내부 전하/전계 구조를 결정하는 단계를 더 포함하는, 반도체 디바이스 모델링 방법.The method of claim 1, further comprising: (d) determining an internal charge / field structure of the semiconductor device. 제 1항에 있어서, 상기 반-물리적인 모델은 측정된 직류(DC) 전류-전압(I-V) 특성을 복제하도록 구성되는, 반도체 디바이스 모델링 방법.The method of claim 1, wherein the semi-physical model is configured to replicate measured direct current (DC) current-voltage (I-V) characteristics. 제 3항에 있어서, 상기 반-물리적인 모델은 바이어스 의존 소신호 특성(bias dependent small signal)을 복제하도록 또한 구성되는, 반도체 디바이스 모델링 방법.4. The method of claim 3, wherein the semi-physical model is further configured to replicate bias dependent small signal characteristics. 제 4항에 있어서, 상기 반-물리적인 모델은 상기 DC I-V 및 바이어스 의존 특성을 복제하도록 구성되는, 반도체 디바이스 모델링 방법.The method of claim 4, wherein the semi-physical model is configured to replicate the DC I-V and bias dependent characteristics. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (b)는 (e) 사전에 결정된 온도 범위에 걸쳐서 DC I-V 특성 및 S-파라미터 소신호 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는, 반도체 디바이스 모델링 방법.The method of claim 1, wherein step (b) comprises (e) measuring DC I-V characteristics and S-parameter small signal parameters over a predetermined temperature range. 제 6항에 있어서, (f) 온도의 함수인 각 S-파라미터 측정을 위해 소신호 등가 회로 모델을 유도하는 단계를 더 포함하는, 반도체 디바이스 모델링 방법.7. The method of claim 6, further comprising: (f) deriving a small signal equivalent circuit model for each S-parameter measurement as a function of temperature. 제 7항에 있어서, (g) 각 온도에서 상기 측정된 DC 및 S-파라미터 측정치를 매칭시키기 위해 상기 반-물리적인 디바이스 모델을 조정하는 온도 계수를 전개하는 단계를 더 포함하는, 반도체 디바이스 모델링 방법.8. The method of claim 7, further comprising: (g) developing temperature coefficients to adjust the semi-physical device model to match the measured DC and S-parameter measurements at each temperature. . 제 1항에 있어서, 상기 단계 (c)는 (h) 임의의 온도 의존 항(term) 및 온도 계수로 동작하는 주위 온도를 상기 디바이스의 채널 온도로 대체하는 단계를 포함하는, 반도체 디바이스 모델링 방법.The method of claim 1, wherein step (c) comprises (h) replacing the ambient temperature operating with any temperature dependent term and temperature coefficient with the channel temperature of the device. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (c)는 (i) 포화된 영역의 길이를 열 생성 영역의 길이로 사용하는 단계를 포함하는, 반도체 디바이스 모델링 방법.The method of claim 1, wherein step (c) comprises (i) using the length of the saturated region as the length of the heat generating region.
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