一种HEMT的I‑V特性及其高阶跨导的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种HEMT的I‑V特性及其高阶跨导的建模方法，其中，高阶跨导包括一阶、二阶和三阶跨导；首先，将HEMT的I‑V特性及其高阶跨导进行分段，通过控制分段数目来达到对模型精度的控制；然后，在每一分段的区域中建立HEMT的I‑V特性及其高阶跨导的模型，可以选择不同的HEMT模型，对于每一个模型，只需要提高所关注区域的精度，而不需要对其他区域进行考虑，降低了建模的复杂度；最终对相邻分段区域中模型边界处进行平滑连接。本发明专利技术通过分段建模与采用人工神经网络平滑区域边界的方法提高了HEMT的I‑V特性及其高阶跨导模型的精度，可针对于不同工艺的HEMT的I‑V特性及其高阶跨导建模，适用面广，移植性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件建模领域，尤其涉及一种高电子迁移率晶体管(HEMT)的电流-电压(I-V)及其高阶跨导的建模方法。
技术介绍
在射频、微波及毫米波电路的设计中，各种场效应晶体管(FET)被广泛应用于非线性电路的实现中，如功率放大器、振荡器、混频器等[1]。随着射频、微波电路复杂度的增加，设计周期的缩短，电路设计者往往需要借助于计算机辅助设计(CAD)对电路进行仿真和验证。在一个基于CAD的设计流程中，晶体管模型的优劣对于能否实现微波非线性电路和系统的高性能起着至关重要的作用。HEMT作为一种非线性微波有源器件，具有高电子迁移率、高电流密度等优势，广泛应用于微波电路中。建立HEMT的非线性模型可以对电路增益、交调失真、输出功率等进行预测[2]。精确的HEMT非线性模型需要对I-V以及其高阶跨导(至少到三阶)进行准确建模[3]–[5]。目前，电路设计中常用的HEMT非线性模型有很多，例如，Curtice等人提出了第一个应用于电路仿真的GaAsFET模型[6]，之后的很多模型都是基于Curtice模型而建立的，如Statz模型[7]，Materka模型[8]，TOM模型[9]等等。在1992年，Chalmers大学的I.Angelov等人提出了一种采用幂级数函数的经验公式来对HEMT进行建模[10]。Curtice和Angelov这两大类模型对于输出漏极电流及其跨导(gm)的描述都较为精确，但是对于二阶跨导(gm2)、三阶跨导(gm3)等高阶跨导的拟合无法在可取的偏置电压(漏源电压Vds和栅源电压Vgs)区域内保证高精度。另外，Agilent公司创立的EEHEMT1商业模型[11]也适用于HEMT，其模型公式将漏极电流进一步细化，采用分段函数来对晶体管的输入输出特征进行准确描述，但是由于分段函数的应用，该模型不具备高阶可导性，尤其是三阶可导性。针对于现有模型的不足，和射频、微波、毫米波非线性电路对于HEMT模型中的I-V特性及其高阶跨导的精度要求，有必要提出一种准确的HEMT的I-V特性和高级跨导的建模方法。[参考文献][1]T.J.Brazil,“Simulatingcircuitsanddevices,”IEEEMicrowaveMagazine,vol.4,pp.42–50,Mar.2003.[2]L.S.Liu,J.G.Ma,andG.I.Ng,“Electrothermallarge-signalmodelofIII-VFETsincludingfrequencydispersionandchargeconservation,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.57,no.12,pp.3106–3117,Dec.2009.[3]S.Peng,P.J.McCleer,andG.I.Haddad,“NonlinearmodelsfortheintermodulationanalysisofFETmixers,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.43,no.5,pp.1037–1045,May1995.[4]C.Fager,J.C.Pedro,N.B.DeCarvalho,andH.Zirath,“PredictionofIMDinLDMOStransistoramplifiersusinganewlarge-signalmodel,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.50,no.12,pp.2834–2842,Dec.2002.[5]D.M.Lin,C.C.Huang,andY.J.Chan,“AsymmetricalmodelformicrowavepowerAlGaAs/InGaAspHEMTsforswitchcircuitapplications,”IEEETrans.ElectronDevices,vol.56,no.11,pp.2838–2643,Nov.2009.[6]W.R.Curtice,“AMESFETmodelforuseinthedesignofGaAsintegratedcircuits,”IEEETrans.MicrowaveTheoryandTech.,vol.28,no.5,pp.448–456,May.1980.[7]H.Statz,P.Newman,I.W.Smith,R.A.Pucel,andH.A.Haus,“GaAsFETdeviceandcircuitsimulationinSPICE,”IEEETrans.ElectronDevices,vol.ED-34,no.2,pp.160–166,Feb.1987.[8]A.MaterkaandT.Kacprzak,“Computercalculationoflarge-signalGaAsFETamplifiercharacteristics,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.33,no.2,pp.129–135,Feb.1985.[9]A.J.McCamant,G.D.McCormack,D.H.Smith,“AnimprovedGaAsMESFETmodelforSPICE,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.38,no.6,pp.822–824,Jun.1990.[10]I.Angelov,H.Zirath,andN.Rosman,“AnewempiricalnonlinearmodelforHEMTandMESFETdevices,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.40,no.12,pp.2258–2266,Dec.1992.[11]F.Kharabi,M.J.Poulton,D.Halchin,andD.Green,“AclassicnonlinearFETmodelforGaNHEMTdevices,”In:IEEECompoundSemiconductorIntegratedCircuitSymposium(CSICS),pp.14–17,Oct.2007.
技术实现思路
为了克服现有模型对于HEMT的I-V特性及其高阶跨导建模中存在的精度不高的问题，本专利技术的目的在于提供一种HEMT的I-V特性及其高阶跨导的建模方法，这种方法可以同时满足输出漏极电流及其一阶、二阶、三阶跨导在可取偏置下的精度要求。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种HEMT的I-V特性及其高阶跨导的建模方法，其中的高阶跨导包括一阶跨导、二阶跨导和三阶跨导，该建模方法包括以下步骤：步骤一、将HEMT的I-V特性及其高阶跨导进行分段；步骤二、在每一分段的区域中建立HEMT的I-V特性及其高阶跨导的模型；步骤三、对相邻分段区域中模型边界处进行平滑连接。进一步讲，步骤一中，将HEMT的I-V特性及其高阶跨导进行分段是指对于HEMT的栅源电压进行分段。步骤二中，在各分段的区域中分别建立Curtice模型、Angelov模型、EEHEMT1模型、Statz模型、Materka模型和TOM模型，在满足相应分段的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HEMT的I‑V特性及其高阶跨导的建模方法，其中的高阶跨导包括一阶跨导、二阶跨导和三阶跨导，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将HEMT的I‑V特性及其高阶跨导进行分段；步骤二、在每一分段的区域中建立HEMT的I‑V特性及其高阶跨导的模型；步骤三、对相邻分段区域中模型边界处进行平滑连接。

【技术特征摘要】
1.一种HEMT的I-V特性及其高阶跨导的建模方法，其中的高阶跨导包括一阶跨导、二阶跨导和三阶跨导，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将HEMT的I-V特性及其高阶跨导进行分段；步骤二、在每一分段的区域中建立HEMT的I-V特性及其高阶跨导的模型；步骤三、对相邻分段区域中模型边界处进行平滑连接。2.根据权利要求1所述HEMT的I-V特性及其高阶跨导的建模方法，其中，步骤一中，将HEMT的I-V特性及其高阶跨导进行分段是指对于HEMT的栅源电压进行分段。3.根据权利要求1所述HEMT的I-V特性及其高阶跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建国，朱媛媛，傅海鹏，赵升，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12