高电子迁移率晶体管毫米波建模和可靠性研究

本项目拟针对微波射频高电子迁移率晶体管（HEMT）器件毫米波频段建模技术可靠性技术开展研究，提出将传统等效电路建模技术、物理器件建模技术和微波射频测量技术相结合的建模技术，解决参数提取的唯一性问题和获得符合器件物理含义的模型参数，研究相应的毫米波频段半导体器件的可靠性，预测器件在直流和射频情况非正常激励下的失效机理和模型参数的变化情况。该项目研究属于微电子和微波射频测试技术的交叉研究领域，在保留单独电路建模技术和物理器件建模技术优势的基础上，建立具有反映器件物理模型、仿真速度快、精度高的能够全面反映器件信号噪声特性的HEMT模型，建立器件可靠性失效模型。在研究微波射频特性测试技术的基础上，提供可以直接控制测试仪器的参数提取软件。

针对微波射频高电子迁移率晶体管（HEMT）器件毫米波频段建模技术开展研究，将传统等效电路建模技术、物理器件建模技术和微波射频测量技术相结合的建模技术，解决参数提取的唯一性问题和获得符合器件物理含义的模型参数的关键科学问题。本课题主要开展以下几方面研究工作：.1、针对封装场效应器件，提出了一种新的小信号等效电路模型的确定方法，无需任何测试结构可以直接确定器件的封装参数，推导了一系列的参数提取公式。提出了一种新的提取HEMT器件寄生电容的方法，使用多偏置与曲线拟合相结合的方法精确提取了HEMT器件的寄生电容值，该方法克服了传统开路结构测试法对测试结构的特殊要求。提出了针对AlGaN/GaN HEMT器件提出了一种改进的直流模型参数提取方法，该方法考虑了栅-源电压对直流参数的影响，相比于传统的直流模型，基于指数函数和三角函数的改进直流模型I-V曲线的精度被大大提高了；申请发明专利一项.2、搭建半导体器件噪声系数和噪声参数的测试系统，提出了基于50欧姆系统下的噪声系数测试技术确定器件噪声参数的新方法，研究了器件结构对噪声特性的影响。.3、将传统的PHEMT非线性建模技术和神经网络相结合，利用多层感知机网络来表征本征元件随外部电压以及频率的非线性变化，来达到改进传统模型的精度的目的，同时避免采用神经网络黑匣子模型以利于对器件物理结构的理解。.4、针对片上叠层式螺旋变压器提出了一种改进的等效电路模型，该模型建立在片上螺旋电感 T 模型之上，并推导了相应的模型参数计算公式；针对片上螺旋电感提出了一种参数提取方法，该方法综合了分析法和优化法，实验结果发现片上螺旋电感的电感值缩放规律，有利于预测大尺寸片上电感的性能.总之，建立了与器件物理结构尺寸相关的HEMT 毫米波频段小信号、大信号和噪声等效电路模型以及相应的参数提取技术，其中小信号模型精度在5%以内，大信号模型在5-8％以内，噪声模型在8％以内。在国内外重要学术期刊和国际会议上发表高质量论文23篇(含录用)，其中SCI收录论文14篇,EI收录论文2篇，撰写中文专著一部，申请专利1项。培养博士后1名（已经出站），博士生4名（已经毕业3名），研究方向基于物理参数的半导体器件建模和测试技术研究。硕士生8名（已经毕业7名），其中线性建模和参数提取3名，噪声建模和参数提取2名，微波测试技术3名。