一种晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法技术

本发明专利技术提供了一种晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法。针对需要提取参数的晶体管，采用脉冲IV测试模式执行常温状态下脉冲电流特性曲线测试；针对待提取参数的晶体管，执行不同温度下的瞬态电流特性曲线测试；执行晶体管电流模型的参数提取；根据不同温度下的瞬态电流提取发射时间常数，绘制Arrhenius曲线，并提取陷阱激活能和陷阱俘获截面；建立陷阱模型等效电路，根据提取的陷阱激活能和陷阱俘获截面，以及晶体管电流模型，基于静态偏置点下的脉冲IV实测数据，提取陷阱控制电势模型参数和稳态时的陷阱背景电势。相比于现有技术，提升了晶体管陷阱效应模型的建模效率，且能针对不同晶体管提取其对应的物理参数。不同晶体管提取其对应的物理参数。不同晶体管提取其对应的物理参数。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法


[0001]本专利技术涉及物理基陷阱效应
，具体而言，涉及一种晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法。

技术介绍

[0002]陷阱效应是氮化镓晶体管中常见的色散效应，它通常由器件制备过程中材料缺陷以及材料掺杂等因素带来的陷阱复合中心引起。这些陷阱复合中心在晶体管处于高频、高压工作状态时将降低载流子的迁移率，引起阈值电压漂移，造成射频输出特性的退化。为了精确模拟晶体管的陷阱效应进而提升器件模型的表征精度，需要在大信号建模中考虑陷阱效应的影响。
[0003]晶体管陷阱效应模型按照方程的差异可分为经验基模型和物理基模型。其中经验基模型主要依托经验拟合函数来表征陷阱效应对晶体管输出的影响，当晶体管种类变更时也无需重新推导模型方程，因而被广泛应用于早期的模型开发中。2004年，美国普渡大学的Jong
‑
Wook Lee等人基于Curtice立方模型，采用一种简单的RC串联网络表征陷阱效应引入的低频色散(J.W.Lee,K.J.Webb.A temperature
‑
dependent nonlinear analytic model for AlGaN
‑
GaN HEMTs on SiC[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2004,52(1):2
‑
9)。2009年，美国加州大学戴维斯分校的Kelvin S.Yuk等人基于Angelov模型，通过关联静态和动态偏置点的等效栅压经验基模型分别描述表面陷阱和体陷阱的影响(K.S.Yuk,G.R.Branner,D.J.McQuate,et al.A wideband multiharmonic empirical large
‑
signal model for high
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power GaN HEMTs with self
‑
heating and charge
‑
trapping effects[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2009,57(12):3322
‑
3332)。然而，上述两个文献中均未给出具体的陷阱模型的参数提取方法，对此，2015年，电子科技大学的闻彰等人针对Angelov模型，提出了一种基于脉冲解耦测试的陷阱模型参数方法，通过设置不同静态偏置点并结合脉冲IV曲线分别提取表面陷阱参数和体陷阱参数(Z.Wen,Y.Xu,C.Wang,et al.A parameter extraction method for GaN HEMT empirical large
‑
signal model including self
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heating and trapping effects[J].International Journal of Numerical Modelling:Electronic Networks,Devices and Fields,2017,30(1):e2137)。然而，受限于经验基模型方程通常包含大量的拟合参数的缺陷，其模型参数提取效率较低且参数多值性问题仍无法避免。
[0004]不同于经验模型，物理基陷阱效应模型通常由泊松方程结合杂质能级的产生
‑
复合理论推导得到，因而模型方程中仅包含少量的拟合参数，具备提升参数提取效率的潜质。在物理基陷阱效应建模方面，法国利摩日大学的Olivier Jardel等人基于Tajima大信号模型，采用RC网络表征动态陷阱效应，该模型通过二极管来区分陷阱俘获和释放两个过程，并由两个等效电阻R
fill
和R
empty
决定两个过程的时间常数(O.Jardel,F.De Groote,T.Reveyrand,et al.An electrothermal model for AlGaN/GaN power HEMTs including trapping effects to improve large
‑
signal simulation results on high VSWR[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2007,55(12):2660
‑
2669)。然而，该文献中未给出具体和完整的陷阱模型的参数提取方法。瑞典查尔姆斯理工大学的Ankur Prasad等人基于Tajima大信号模型，采用SRH产生
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复合陷阱模型建模方法，描述单一陷阱能级的俘获和发射两大动态过程(A.Prasad,M.Thorsell,H.Zirath,et al.Accurate modeling of GaN HEMT RF behavior using an effective trapping potential[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2017,66(2):845
‑
857)。然而，该文献中并未给出完整的陷阱模型的参数提取方法且模型中关键陷阱参数直接采用了已报道文献中的经典理论值。
[0005]由上述现有技术的对比可知，虽然物理基陷阱效应模型的出现在一定程度上克服了由拟合参数过多带来的模型参数提取效率低以及多值性问题，然而针对物理基陷阱效应模型制定合理且完备的模型参数提取流程，是目前晶体管陷阱效应高效率建模亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供脉冲和瞬态电流测试相结合的模型参数提取方法，提升了晶体管陷阱效应模型的建模效率；以及基于瞬态电流测试的分步提取方法获得陷阱激活能和俘获截面，能够针对不同晶体管提取其对应的物理参数来代替经典理论值。
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法，所述方法包括：
[0008]步骤1，针对待提取参数的晶体管，采用脉冲IV测试模式执行常温状态下脉冲电流特性曲线测试；
[0009]步骤2，针对待提取参数的晶体管，执行不同温度下的瞬态电流特性曲线测试；
[0010]步骤3，执行晶体管电流模型的参数提取；
[0011]步骤4，根据步骤2中不同温度下的瞬态电流提取发射时间常数，绘制Arrhenius曲线，并提取陷阱激活能和陷阱俘获截面；
[0012]步骤5，建立陷阱模型的等效电路，根据步骤4提取的陷阱激活能和陷阱俘获截面，以及步骤3中的晶体管电流模型，基于步骤1中的静态偏置点下的脉冲IV实测数据，提取陷阱控制电势模型参数和稳态时的陷阱背景电势。
[0013]进一步，所述步骤1，还包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，针对待提取参数的晶体管，采用脉冲IV测试模式执行常温状态下脉冲电流特性曲线测试；步骤2，针对待提取参数的晶体管，执行不同温度下的瞬态电流特性曲线测试；步骤3，执行晶体管电流模型的参数提取；步骤4，根据步骤2中不同温度下的瞬态电流提取发射时间常数，绘制Arrhenius曲线，并提取陷阱激活能和陷阱俘获截面；步骤5，建立陷阱模型的等效电路，根据步骤4提取的陷阱激活能和陷阱俘获截面，以及步骤3中的晶体管电流模型，基于步骤1中的静态偏置点下的脉冲IV实测数据，提取陷阱控制电势模型参数和稳态时的陷阱背景电势。2.根据权利要求1所述的晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法，其特征在于，所述步骤1，还包括：在不同栅极
‑
源极电压V
gs
下，测试得到漏源电流I
ds
和漏源电压V
ds
的关系曲线；为区分用于参数提取和模型验证的实测数据，分别设置提取组和验证组；其中，提取组对应的脉冲电流测试时的静态偏置点分别为V
gsQ
＝0V，V
dsQ
＝0V/V
gsQ
＝
‑
3.5V，V
dsQ
＝0V/V
gsQ
＝
‑
3.5V，V
dsQ
＝30V，各静态偏置点下的动态偏置扫描范围是V
gsnQ
＝
‑
4～0V，V
dsnQ
＝0～25V；验证组对应的脉冲电流测试时的静态偏置点分别为V
gsQ
＝
‑
5V，V
dsQ
＝50V/V
gsQ
＝
‑
5V，V
dsQ
＝75V，各静态偏置点下的动态偏置扫描范围是V
gsnQ
＝
‑
5～0V，V
dsnQ
＝0～50V。上述各静态偏置点下脉冲测试的脉冲宽度均为500ns，占空比均为0.1％。3.根据权利要求2所述的晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法，其特征在于，所述步骤2，还包括：选择一个静态偏置电压(V
gsQ
，V
dsQ
)，测试开始后保持晶体管偏置在该偏置状态下10ms，使测试系统趋于稳定；选择一个动态偏置电压(V
gsnQ
，V
dsnQ
)，并保证V
gsQ
＝V
gsnQ
，用于施加3ms的漏极应力；在漏极应力施加时间结束后，电压回到静态偏置电压(V
gsQ
，V
dsQ
)并维持47ms，同时采集恢复阶段不同时刻下的漏极电流I
ds
。4.根据权利要求3所述的晶体管物理基陷阱效应模型参数提取方法，其特征在于，所述步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛书漫，徐跃杭，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：