GaN HEMT 电容的分析建模，包括寄生元件

标题：Analytical Modeling of Capacitances for GaN HEMTs, Including Parasitic Components

来源：IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES（14年）

摘要：本文提出了一种基于表面势的终端电荷和电容模型，包括用于 AlGaN/GaN HEMT 的寄生元件。首先，通过求解电荷控制方程，使用闭合形式表达式对沟道中的片状电荷密度进行建模。然后，利用该结果，基于表面势定义，推导出一致的固有终端电荷和电容与电流模型。最后，通过引入寄生元件，给出了HEMT器件全结构的电容。该模型与TCAD仿真和实验数据进行了逐项比较，结果良好。同时，分析了Bulk陷阱和表面陷阱对电容的影响。完整的模型，包括电流和电容，已经在i-MOS平台上实现，用于评估和电路仿真。
关键词：电容模型、寄生电容、片状电荷、表面势、终端电荷、陷阱。

文章研究了什么

该文章研究了基于表面电位的AlGaN/GaN HEMTs终端电荷和电容模型的发展，包括寄生元件。该模型经过与TCAD模拟和实验数据的评估和比较，显示出很好的一致性。还分析了体态陷阱和表面陷阱对电容的影响。完整的模型，包括电流和电容，已在i-MOS平台上实施用于评估和电路模拟。门电容使用等效电路模型提取，并与开发的模型进行比较。该模型涵盖了HEMTs的所有工作区域，并在GaN HEMT基础电路模拟中表现出良好的有效性。通过大量的TCAD模拟和实验数据验证了该模型的有效性。

文章的创新点

• 开发了基于表面电位的AlGaN/GaN HEMTs终端电荷和电容模型，包括寄生元件。
• 基于表面电位定义，一致推导出内在终端电荷和电容。
• 通过改变偏置电压和延长栅长，分析体态陷阱和表面陷阱对电容的影响。
• 在i-MOS平台上实现了包括电流和电容在内的完整模型，用于评估和电路模拟。
• 使用等效电路模型提取的门电容与开发的模型进行了比较。
• 通过大量的TCAD模拟和实验数据验证了模型的有效性，结果显示出很好的一致性。
• 开发的模型涵盖了HEMTs的所有工作区域。
• 可靠的预测模型对于GaN器件技术和电路集成的快速发展中的电路设计和模拟非常重要。

文章的研究方法

该文章采用了分析建模方法，开发了基于表面电位的AlGaN/GaN HEMTs终端电荷和电容模型，包括寄生元件。通过求解电荷控制方程，使用闭合形式表达式模拟了通道中的薄层电荷密度。基于表面电位定义，推导出了内在的终端电荷和电容。引入了寄生元件，为HEMT器件的完整结构提供电容。通过与TCAD模拟和实验数据的评估和比较，评估了该模型的准确性。还分析了体态陷阱和表面陷阱对电容的影响。将包括电流和电容在内的完整模型实施在i-MOS平台上，用于评估和电路模拟。

文章的结论

• 开发的基于表面电位的AlGaN/GaN HEMTs终端电荷和电容模型，包括寄生元件，被发现具有准确可靠的特性，因为它与TCAD模拟和实验数据显示出很好的一致性。
• 该模型涵盖了HEMTs的所有工作区域，并能够一致地推导出三个终端电荷和九个内在跨导电容。
• 分析了体态陷阱和表面陷阱对电容的影响，为了解它们对器件性能的影响提供了见解。
• 包括电流和电容在内的完整模型已成功实施于i-MOS平台，用于评估和电路模拟。
• 研究结果表明，开发的模型可在GaN HEMT基础电路模拟中有效使用，证明了其有效性和适用性。