一种微波GaN功率器件的建模方法技术

本发明专利技术公开一种微波GaN功率器件的建模方法，所述建模方法包括：建立GaN功率器件小信号等效电路模型，提取小信号模型参数；根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化；建立GaN功率器件大信号等效电路模型，提取大信号模型参数；以实测的多偏置散射参数和大信号特性参数为目标，调谐优化大信号模型参数；依据上述步骤对多批次GaN功率器件进行建模，获得工艺线的散射参数和大信号统计模型。本发明专利技术微波GaN功率器件的建模方法通过建立GaN功率器件小信号等效电路模型和GaN功率器件大信号等效电路模型，根据模型参数统计特性建立GaN工艺线的散射参数和大信号特性统计模型，从而实现对某一特定工艺线的小信号和大信号特性的准确建模，提高模型的准确度。

A modeling method for microwave GaN power devices

The invention discloses a method of modeling GaN microwave power devices, including the modeling methods: GaN power device small signal equivalent circuit model, the extraction of small signal model parameters; parameter optimization of small signal model based on multi scattering parameter measurement bias; set up the device GaN large signal equivalent circuit model of power, the extraction of large signal model parameters the measured scattering parameters; bias and large signal characteristic parameters as the goal, the optimization of large signal model parameter tuning; on the basis of the above steps for modeling multi batch GaN power device, large signal scattering parameters and statistical model of the process line. The modeling method of microwave power GaN device of the present invention through the establishment of GaN power device small signal equivalent circuit model and GaN power device, large signal equivalent circuit model, according to the statistical characteristics of the scattering parameters of model parameters to establish the GaN process line and large signal statistical model, so as to realize the accurate modeling of a particular process of small signal and large signal line the characteristics, to improve the accuracy of the model.

【技术实现步骤摘要】
一种微波GaN功率器件的建模方法
本专利技术涉及GaNHEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)器件
，特别是涉及一种微波GaN功率器件的建模方法。
技术介绍
氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)由于其高频、高功率密度等特性，在微波毫米波固态功率电路中有着极为重要的应用。目前电路设计的主流方法通常以等效电路形式描述器件在小信号工作条件和大信号工作条件下的特性的器件模型为基础，故器件模型是使用器件进行电路设计的前提。但是，由于器件制备的工艺中存在非有意掺杂和工艺参数波动，会影响器件性能的一致性，从而影响电路设计的成品率，因此需要通过建立包含工艺统计特性的电路模型指导电路成品率分析。传统的器件方法都是基于单个GaN器件的小信号模型或者大信号模型参数的方法进行分析，无法分析一个工艺线制备的多个GaN功率器件统计特性，因此在精度上有所不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微波GaN功率器件建模方法，可提高建立的多批次GaN功率器件模型的准确度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种微波GaN功率器件的建模方法，所述建模方法包括：步骤一：建立GaN功率器件小信号等效电路模型，提取小信号模型参数；步骤二：根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化；步骤三：建立GaN功率器件大信号等效电路模型，提取大信号模型参数，所述大信号模型参数包括非线性电流源模型参数和非线性电容模型参数；步骤四：以器件的实测的多偏置散射参数和大信号特性参数为目标，调谐优化大信号模型参数；步骤五：依据上述四个步骤对多批次GaN功率器件进行建模，获得工艺线的散射参数和大信号统计模型。可选的，所述小信号模型参数包括寄生参数和本征参数；其中，所述寄生参数包括寄生电容、寄生电阻、寄生电感，所述本征参数包括本征电容、本征电阻、电流源及输出电导。可选的，所述提取小信号模型参数的方法包括：测试在所述GaN功率器件小信号等效电路模型中的GaN功率器件在夹断状态下的散射参数；根据所述夹断状态下的散射参数提取所述小信号等效电路模型中的寄生参数；对全部的寄生参数去嵌后，计算各偏置点对应的小信号模型参数。可选的，所述根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化的方法包括：根据所述小信号模型参数通过仿真得到仿真散射参数；将所述仿真散射参数与实测的散射参数进行对比得到散射参数拟合曲线；设置第一调谐参数，根据所述散射参数拟合曲线的拟合度重复修改第一调谐参数，直到所述散射参数拟合曲线的拟合度符合第一设定阈值。可选的，所述提取大信号模型参数的方法包括：对在所述GaN功率器件工艺参数关联的大信号等效电路模型中GaN功率器件进行测试，得到脉冲I-V测试数据和静态I-V测试数据；根据脉冲I-V测试数据提取Ids模型中与自然效应无关的参数；联合脉冲I-V测试数据和静态I-V测试数据提取Ids模型中与陷阱效应和自热效应的相关参数；根据Ids模型中与自热效应无关的参数、Ids模型中与陷阱效应和自热效应相关的参数进行仿真得到脉冲I-V仿真数据和静态I-V仿真数据；将脉冲I-V仿真数据和静态I-V仿真数据分别与对应的脉冲I-V测试数据和静态I-V测试数据进行对比，得到I-V拟合曲线；根据所述I-V拟合曲线的拟合度重复修改第二调谐参数，直到所述I-V拟合曲线的拟合度符合第二设定阈值；以及提取本征参数中的本征电容，以所述本征电容在多偏置下的取值为目标进行拟合，计算得到非线性电容模型参数；将计算得到的非线性电容模型参数与提取的非线性电容模型参数进行对比，获得对比度；设置第三调谐参数，根据所述对比度重复修改第三调谐参数，以调谐非线性电容模型参数，直到所述对比度符合第三设定阈值。可选的，所述调谐优化大信号模型参数的方法包括：导入实测的小信号散射参数和大信号特性参数；其中，所述大信号特性参数包括输出功率、功率附加效率和增益；设置第四调谐参数，计算器件的微波特性；其中所述第四调谐参数包括Ids模型中所有参数。可选的，获得工艺线的散射参数和大信号特性统计模型的方法包括：统计小信号模型中所有元件参数、Ids模型中所有参数和非线性电容模型所有参数。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：本专利技术微波GaN功率器件的建模方法通过首先建立GaN功率器件小信号等效电路模型，然后建立GaN功率器件大信号等效电路模型,最后根据模型参数统计特性建立GaN工艺线的散射参数和大信号特性统计模型，从而实现对某一特定工艺线的小信号和大信号特性的准确建模，提高模型的准确度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的微波GaN功率器件的建模方法的流程图；图2是GaN功率器件的小信号等效电路模型示意图；图3是GaN功率器件的大信号等效电路模型示意图；图4是统计模型中通过仿真和实测的散射参数的对比图；图5是统计模型中通过仿真和实测的输出功率比较图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种微波GaN功率器件的建模方法，通过首先建立GaN功率器件小信号等效电路模型，然后建立GaN功率器件大信号等效电路模型，最后根据模型参数统计特性建立GaN工艺线的散射参数和大信号特性统计模型，从而实现对某一特定工艺线的小信号和大信号特性的准确建模，提高模型的准确度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术微波GaN功率器件的建模方法包括：步骤110：建立GaN功率器件小信号等效电路模型，提取小信号模型参数。步骤120：根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化。步骤130：建立GaN功率器件大信号等效电路模型，提取大信号模型参数.其中，所述大信号模型参数包括非线性电流源模型参数和非线性电容模型参数。步骤140：以器件的实测的多偏置散射参数和大信号特性参数为目标，调谐优化大信号模型参数。步骤150：依据上述四个步骤对多批次GaN功率器件进行建模，获得工艺线的散射参数和大信号统计模型。进一步地，所述小信号模型参数包括寄生参数和本征参数；其中，所述寄生参数包括寄生电容、寄生电阻、寄生电感，所述本征参数包括本征电容、本征电阻、电流源及输出电导。如图2所示，框内为本征部分，小信号模型本征参数的取值与偏置相关；框外为寄生部分，寄生参数的取值与偏置无关。Cpgi、Cpdi和Cgdi表示极间电容和空气桥电容，Cpga、Cpda和Cgda表示与pad连接、探针与设备的接触电容，Lg、Ld和Ls表示寄生电感，Rg、Rd和Rs表示寄生电阻，Cgd,、Cgs和Cds为本征电容，Ids为电流源，Rgd和Ri为本征电阻；Gds为输出电导。其中，在步骤110中，所述提取小信号模型参数的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波GaN功率器件的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：步骤一：建立GaN功率器件小信号等效电路模型，提取小信号模型参数；步骤二：根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化；步骤三：建立GaN功率器件大信号等效电路模型，提取大信号模型参数，所述大信号模型参数包括非线性电流源模型参数和非线性电容模型参数；步骤四：以器件的实测的多偏置散射参数和大信号特性参数为目标，调谐优化大信号模型参数；步骤五：依据上述四个步骤对多批次GaN功率器件进行建模，获得工艺线的散射参数和大信号统计模型。

【技术特征摘要】
2016.08.31 CN 20161078385741.一种微波GaN功率器件的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：步骤一：建立GaN功率器件小信号等效电路模型，提取小信号模型参数；步骤二：根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化；步骤三：建立GaN功率器件大信号等效电路模型，提取大信号模型参数，所述大信号模型参数包括非线性电流源模型参数和非线性电容模型参数；步骤四：以器件的实测的多偏置散射参数和大信号特性参数为目标，调谐优化大信号模型参数；步骤五：依据上述四个步骤对多批次GaN功率器件进行建模，获得工艺线的散射参数和大信号统计模型。2.根据权利要求1所述的微波GaN功率器件的建模方法，其特征在于，所述小信号模型参数包括寄生参数和本征参数；其中，所述寄生参数包括寄生电容、寄生电阻、寄生电感，所述本征参数包括本征电容、本征电阻、电流源及输出电导。3.根据权利要求1所述的微波GaN功率器件的建模方法，其特征在于，所述提取小信号模型参数的方法包括：测试在所述GaN功率器件小信号等效电路模型中的GaN功率器件在夹断状态下的散射参数；根据所述夹断状态下的散射参数提取所述小信号等效电路模型中的寄生参数；对全部的寄生参数去嵌后，计算各偏置点对应的小信号模型参数。4.根据权利要求1所述的微波GaN功率器件的建模方法，其特征在于，所述根据实测的多偏置散射参数进行小信号模型参数优化的方法包括：根据所述小信号模型参数通过仿真得到仿真散射参数；将所述仿真散射参数与实测的散射参数进行对比得到散射参数拟合曲线；设置第一调谐参数，根据所述散射参数拟合曲线的拟合度重复修改第一调谐参数，直到所述散射参数拟合曲线的拟合度符合第一设定阈值。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐跃杭，闻彰，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