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申请/专利权人：兰州大学

摘要：本发明提供了一种GaNHEMT器件模型的建模方法。所述建模方法为基于工作温度和栅极电压对所述GaNHEMT器件的电学特性影响的建模方法，所述GaNHEMT器件模型的电学部分由ASM原始模型构造；所述建模方法包括：构建GaNHEMT器件的迁移率随栅极电压和工作温度影响的模型，基于GaNHEMT器件迁移率随温度变化的特性，对所述ASM原始模型中的电学计算方程式进行优化，获取所述GaNHEMT器件随温度变化的输出特性、转移特性的模型。本发明基于迁移率计算改进了ASM模型，能准确预测GaNHEMT器件在不同温度下的电学性能，可以有效地帮助设计人员在不经过参数提取的前提下更精确地进行GaNHEMT器件不同栅压不同温度下的电学仿真，同时有效提高后续对ASM模型中迁移率相关参数提取的效率。

主权项：1.一种GaNHEMT器件模型的建模方法，其特征在于，所述建模方法为基于工作温度和栅极电压对所述GaNHEMT器件的电学特性影响的建模方法，所述GaNHEMT器件模型的电学部分由ASM原始模型构造；所述建模方法包括：构建GaNHEMT器件的迁移率随栅极电压和工作温度影响的模型，基于GaNHEMT器件迁移率随温度变化的特性，对所述ASM原始模型中的电学计算方程式进行优化，获取所述GaNHEMT器件随温度变化的输出特性、转移特性的模型；所述建模方法包括以下步骤：步骤1构建第一模型、构建第二模型和构建第三模型；步骤2根据所述第一模型、第二模型和第三模型优化所述原始ASM模型，构建仿真GaNHEMT器件在不同工作温度及栅压下电学特性的模型；所述第一模型为同时基于GaNHEMT器件的二维电子气浓度Ns和费米能级Ef受到栅极电压和工作温度影响的模型；所述第二模型为同时基于GaNHEMT器件的栅极电压和工作温度计算子散射机制散射时间τi的模型；所述第三模型为同时基于GaNHEMT器件的栅极电压和工作温度计算器件整体迁移率数值μ的模型；所述第一模型包括二维电子气浓度Ns受到栅压和温度的影响的A模型，所述A模型中所述二维电子气浓度Ns的计算式1为： 其中，Vgo为栅极电压与开启电压的插值，Vth为器件温度相关的热电压，Cg为单位面积的栅电容，q为电子电量，D为二维态密度，HVgo,eff为关于Vgo的函数；所述第一模型还包括GaNHEMT器件的费米能级Ef受温度和栅极电压影响的B模型，构建所述B模型的具体步骤如下：S11：假定所述GaNHEMT器件中的AlGaN层完全电离；S12：构建所述二维电子气浓度Ns与所述费米能级Ef的关系计算式2为： 其中，ε为所述AlGaN的介电常数，d为所述GaNHEMT器件势垒层厚度；S13：构建所述费米能级Ef与栅极电压、工作温度之间的计算式3为： 所述构建第二模型包括对散射机制对应的散射时间τ进行计算，所述散射机制包括：极性光学声子POP散射、声学声子形变DP散射、声学波压电PE散射、界面粗糙IFR散射、位错DIS散射和电离杂志IMP散射；所述极性光学声子POP散射的计算式4为： 所述声学声子形变DP散射的计算式5为： 所述声学波压电PE散射的计算式6为： 所述界面粗糙IFR散射的计算式7为： 所述位错DIS散射的计算式8为： 所述电离杂志IMP散射的计算式9为： 其中，Vg为栅极电压，T为工作温度，e是电子能量，m*是电子有效质量，是普朗克常数，f0是费米狄拉克分布函数，E为粒子的能量，是纵向光学声子的能量，ε和ε∞分别是低频和高频介电常数；Iq+和Iq-是吸收和发射声子的散射波；kB是玻尔兹曼常数，θ是散射前后电子波矢的夹角，dθ是θ的积分，dz为z方向的积分，Nq是玻色-爱因斯坦分布，b是变分波函数参数，Edp是形变势，CL是纵向弹性常数，Sq,T是屏蔽函数，h14是压电常数，CT是横向弹性常数；fLy和fTy是FangHoward变分波函数来近似基态电子的波函数，△是界面起伏高度的最大值,λ是沿界面方向起伏的平均周期，Γq为二维电子气浓度相关的函数，Ndis为位错密度，f为位错的电子填充系数，c是晶格常数，ψz是电子波函数，ψ*z是ψz的共轭，zi代表随机位置，Z为杂质原子的原子序数，Nii为电离杂质浓度，为阶跃函数；所述构建第三模型的具体步骤如下：S31：将对应散射机制的散射时间τ转化为对应迁移率μ，具体计算式10为： S32：将各散射机制决定的迁移率计算为总迁移率μeff的大小，具体计算式11为： 所述步骤2包括以下步骤：计算所述GaNHEMT器件的漏电流Ids，所述漏电流Ids的具体计算式12为： 其中，W和L为所述GaNHEMT器件的栅宽和栅长，和分别为漏端电势和源端电势，μeff为计算得到的总迁移率的大小。

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