氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法，包括：测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管，获得所述氮化镓高电子迁移率晶体管的电流‑电压特性；将所述电流‑电压特性用于与所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路模型，提取关于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路参数；根据所述大信号等效电路参数，利用响应曲线法建立大信号统计模型。该建模方法能够减少数据量，避免出现异常值而遇到不收敛的问题，使通过该建模方法获得的统计模型能够准确反映不同器件的工艺变化情况，使晶体管的生产质量稳定、均衡。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法
本专利技术属于功率器件领域，特别涉及基于氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路统计模型建模方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT，HighElectronMobilityTransistor)由于其高频、高功率等特性，在微波电路中的应用日益广泛。由于工艺波动等不确定性的影响，在GaN单片电路设计过程中需要统计模型来分析其电路性能，因此准确的大信号统计模型是器件建模过程中的重要环节。由于GaNHEMT器件具有很大的接触电阻，因此第一代半导体(硅)和第二代半导体(砷化镓、磷化铟等)器件的大信号统计模型并不能直接应用于GaNHEMT器件。目前主流的参数提取方法多采用了PURVJANCE.J等人提出的建模技术[PURVJANCE.J,PETZOLD.M,andPOTRATZ.C,“AlinearstatisticalFETmodelusingprincipalcomponentanalysis,”IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.37,no.9,pp.1389-1394,Sep.1989]，例如MEEHAN.M.D,WANDINGER.T,andFISHER.D.A等人发表的论文：“Accuratedesigncenteringandyieldpredictionusingthe‘truthmodel’,”IEEEMTT-SInternationalMicrowaveSymposiumDigest,July,1991,vol.1,pp.1201-1204.以及J.F.Swidzinski等人发表的论文：J.F.Swidzinski,K.Chang,“NonlinearstatisticalmodelingandyieldestimationtechniqueforuseinMonteCarlosimulations,”IEEETrans.MicrowaveTheoryandTechniques,vol.48,no.12,pp.2316-2324,Dec.2000。目前主流的大信号统计模型建模方法是利用蒙特卡罗方法来重建均值、标准差、相关系数，来模拟多个GaNHEMT器件的大信号特性。但是由于蒙特卡罗方法是一种随机算法，采用了全部的大信号等效电路参数，数据量很大，处理数据的工作量大。当数据量很大时会遇到不收敛的问题，对仿真结果的标准差的准确性有较大影响。不利于对大批量器件的高效率建模。I.Angelov等人提出一种小信号等效电路模型建模方法[I.Angelov,M.Ferndahl,M.Gavell,G.Avolio,D.Schreurs,“ExperimentdesignforquickstatisticalFETlargesignalmodelextraction,”MicrowaveMeasurementConference(ARFTG),81stARFTG,Seattle,WA,USA.5-8,Jun,2003,pp.1-5.]。但是该方法只考虑了一个器件的敏感参数同时变化的情况，并不能准确反映不同器件的工艺变化情况。陈志凯等人提出了一种基于蒙特卡罗方法的大信号统计模型建模方法[ZhikaiChen,YuehangXu,BinZhang,TangshengChen,TaoGao,RuiminXu,“AGaNHEMTsNonlinearLarge-SignalStatisticalModelandItsApplicationinS-bandPowerAmplifierDesign,”IEEEMicrow.Wirel.Compon.Lett,vol.26,no.2,pp.128-130,Feb.2016]。但是该方法采用了蒙特卡罗方法对大信号等效电路参数进行统计分析，由于该方法的数据量很大，容易出现异常值，因此会导致不收敛的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法，该建模方法能够减少数据量，避免出现异常值而遇到不收敛的问题，使通过该建模方法获得的统计模型能够准确反映不同器件的工艺变化情况，使晶体管的生产质量稳定、均衡。为实现上述目的，本专利技术提供了一种氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法，包括：测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管，获得所述氮化镓高电子迁移率晶体管的电流-电压特性；将所述电流-电压特性用于与所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路模型，提取关于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路参数；根据所述大信号等效电路参数，利用响应曲线法建立大信号统计模型。可选的，所述测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管，获得所述氮化镓高电子迁移率晶体管的电流-电压特性包括：利用探针台测试设备，设置偏置电压，获得与所述偏置电压对应的漏源电流；所述电流-电压特性是指所述偏置电压的设置数值与所述漏源电流数值的对应关系。可选的，所述偏置电压包括栅极电压Vgs和漏极电压Vds，所述栅极电压Vgs的取值为从夹断电压到0V，所述漏极电压Vds的取值为从0V到1/2击穿电压。可选的，所述提取大信号等效电路参数的方法包括：利用所述大信号等效电路模型，采用最小二乘法，通过matlab来拟合所述电流-电压特性，获得从所述大信号等效电路模型中提取的所述大信号等效电路参数。可选的，所述利用响应曲线法建立大信号统计模型的方法包括：选取所述大信号等效电路参数中若干个敏感参数，定义所述敏感参数中最大的敏感参数为XH，最小的敏感参数为XL，其他所述敏感参数为中间敏感参数X，所述中间敏感参数X的计算公式为：X＝b×C+a，其中，a＝(XH+XL)/2，b＝(XH-XL)/2，变量C的变化范围为-1～1；选取每个所述敏感参数值的大小变化-10％、0和10％的三种状态，将若干个所述敏感参数的所述三种状态进行组合，得到N组模拟参数；将所述模拟参数代入ADS软件中仿真，获得大信号统计模型。可选的，所述利用响应曲线法建立大信号统计模型后，还包括：验证所述大信号统计模型的准确性。可选的，所述验证所述大信号统计模型的准确性的方法包括：获取所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号特性；选取所述大信号等效电路参数的若干个敏感参数代入所述大信号统计模型，得到大信号仿真结果；比较所述大信号仿真结果与所述大信号特性。可选的，所述大信号仿真结果包括仿真输出功率、仿真功率附加效率、仿真增益。可选的，所述大信号特性包括输出功率Pout、功率附加效率PAE、增益Gain。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的统计模型建模方法中通过测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管来获得多个氮化镓高电子迁移率晶体管的IV特性，并且每个氮化镓高电子迁移率晶体管的IV特性变化是相互独立的，并将各参数的变化情况进行组合，其中包括了参数增大与参数减小时的组合方式，使本专利技术提供的大信号统计模型的建模方法获得的统计模型更能准确的反映不同器件的工艺变化情况；再有，本专利技术的统计模型建模方法使用响应曲面法，能够按照实际工艺误差范围设置参数变化范围，减少了参数值的提取量，更能有效控制误差变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法，其特征在于，包括：测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管，获得所述氮化镓高电子迁移率晶体管的电流‑电压特性；将所述电流‑电压特性用于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路模型，提取关于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路参数；根据所述大信号等效电路参数，利用响应曲线法建立大信号统计模型。

【技术特征摘要】
2016.04.01 CN 20161020371601.一种氮化镓高电子迁移率晶体管大信号统计模型建模方法，其特征在于，包括：测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管，获得所述氮化镓高电子迁移率晶体管的电流-电压特性；将所述电流-电压特性用于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路模型，提取关于所述氮化镓高电子迁移率晶体管的大信号等效电路参数；根据所述大信号等效电路参数，利用响应曲线法建立大信号统计模型。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述测试每一批次中若干个氮化镓高电子迁移率晶体管，获得所述氮化镓高电子迁移率晶体管的电流-电压特性包括：利用探针台测试设备，设置偏置电压，获得与所述偏置电压对应的漏源电流；所述电流-电压特性是指所述偏置电压的设置数值与所述漏源电流数值的对应关系。3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述偏置电压包括栅极电压Vgs和漏极电压Vds，所述栅极电压Vgs的取值为从夹断电压到0V，所述漏极电压Vds的取值为从0V到1/2击穿电压。4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述提取大信号等效电路参数的方法包括：利用所述大信号等效电路模型，采用最小二乘法，通过matlab来拟合所述电流-电压特性的曲线，获得从所述大信号等效电路模型中提取的所述大信号等效电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐跃杭，陈志凯，徐锐敏，延波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51