氮化鎵(GaN)技術(shù)在5G基站、衛(wèi)星通信和其他應(yīng)用中的迅速普及提高了晶體管建模的門檻。尤其是，在最新版本的ADS中支持ASM-HEMT 101.4和MVSG_CMC 3.2.0 GaN HEMT模型。對于器件建模工程師，如何準(zhǔn)確地抽取這兩個(gè)效應(yīng)的模型參數(shù)往往是一個(gè)挑戰(zhàn)，今天來介紹一下使用IC-CAP中GaN HEMT模型參數(shù)抽取包如何抽取Self-heating效應(yīng)和Trapping效應(yīng)模型參數(shù)。

GaN器件的標(biāo)準(zhǔn)模型

通過對業(yè)界GaN模型的驗(yàn)證篩選，Compact Model Coalition (CMC)選出ASM-HEMT和MVSG_CMC作為GaN器件的標(biāo)準(zhǔn)模型。

ASM-HEMT是一個(gè)計(jì)算效率高，基于表面勢的電流和電荷模型，考慮了各種二次器件效應(yīng)，包括Self-heating和Trapping等效應(yīng)。

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MVSG_CMC (MIT Virtual Source GaNFET Compact Model Coalition) 是一種基于電荷的模型，具有多種場板電流和電荷模型可供選擇。它還包括Leakage、Noise、Self-heating和Trapping等效應(yīng)。

這兩種模型都提供了GaN器件行為的模擬，適用于頻域和時(shí)域的精確模擬。它們都使用帶有熱阻和熱容的R-C網(wǎng)絡(luò)來模擬Self-heating效應(yīng)。兩者還提供了各種Trapping場景的參數(shù)選擇，包括最新版本的R-C網(wǎng)絡(luò)模型，其中包含可變drain-lag和門gate-lag。

Self-heating模型參數(shù)抽取

GaN器件的功率密度增加，使自熱集中在更小的區(qū)域，降低了遷移率，增加了信號延遲，并可能縮短器件的使用壽命。使用IC-CAP提取自熱參數(shù)對于ASM-HEMT或MVSG_CMC GaN HEMT模型都是相似的。

在靜態(tài)和脈沖激勵下，利用漏極電流Id隨漏極電壓Vd和柵極電壓Vg的變化進(jìn)行熱阻RTH0建模是有效的。首先，在室溫下的靜態(tài)Id-Vd曲線提供了一個(gè)基線。然后，在Vd0和Vg0保持在0V的情況下施加短Id脈沖，以最大限度地減少Trapping和Self-heating，從而提供不同溫度下的響應(yīng)曲線。將靜態(tài)曲線與脈沖曲線疊加會得到Id相同的交點(diǎn)。計(jì)算并繪制功率與溫度的關(guān)系，曲線斜率為RTH0。使用脈沖Id方法提供了一種比單獨(dú)從直流靜態(tài)特性中提取RTH0更直接的提取方法。

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Trapping模型參數(shù)抽取

GaN器件中的Trapping效應(yīng)也嚴(yán)重影響了器件的性能和可靠性。緩沖層和界面層中的電荷捕獲降低了2DEG通道電荷密度和動態(tài)離子，增加了動態(tài)Ron和Cutt-off電壓，并調(diào)節(jié)了Id。

同樣，ASM-HEMT和MVSG_CMC之間的參數(shù)提取方法相似，即使模型之間在R-C網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)上存在差異。Trapping參數(shù)提取是在DC、IV、Thermal、S參數(shù)提取之后進(jìn)行的。Gate-lag Trapping參數(shù)首先被抽取，因?yàn)樗绊懢w管的初始響應(yīng)和整體行為，只影響表面陷阱捕獲。通過分析gate-lag行為，drain-lagTrapping提取更加準(zhǔn)確，同時(shí)影響表面和緩沖陷阱。

ASM-HEMT Trapping Model 4 使用兩個(gè)R-C電路來模擬drain-lag 和 gate-lag。

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MVSG_CMC Trapping Model 2 使用一個(gè)類似的網(wǎng)絡(luò)，但物理模型略有不同，考慮到捕獲和釋放時(shí)間的變化。

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在Pulsed Vg下，同時(shí)保持Vd為常數(shù)來抽取gate-lag的參數(shù)；在Pulsed Vd，同時(shí)保持Vg為常數(shù)來抽取drain-lag的參數(shù)。

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MVSG-CMC的典型drain-lag圖說明了陷阱捕獲和釋放效應(yīng)的差異