刘乃漳 姚若河† 耿魁伟2)

1) (华南理工大学微电子学院,广州 510640)

2) (中新国际联合研究院,广州 510700)

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管的栅极电容由本征电容和边缘电容组成.边缘电容分为外部边缘电容和内部边缘电容,内部边缘电容相比外部边缘电容对器件的开关转换特性更为敏感.本文基于内部边缘电容的形成机理,推导了内部边缘电容Cifs/d 模型,进一步的分析表明,其与器件的栅极偏置强相关;基于Ward-Dutton 电荷分配原则推导了相应的本征电容模型,最后结合外部边缘电容得到了完整的栅极电容模型.由于边缘电容是由器件结构产生的寄生电容,仿真结果表明,若不考虑边缘电容的影响,栅源电容的误差可达80%以上,而栅漏电容的误差可达65%以上.因此,在高频开关应用领域,边缘电容对栅极电容的影响不可忽略.

1 引言

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)是现代微波电路的重要器件[1-6],随着器件和电路系统仿真技术的不断进步,应用领域不断往高频深入,人们对AlGaN/GaN HEMT 器件模型的要求越来越高.AlGaN/GaN HEMT 的电容模型对准确预测处于微波与毫米波的数字/模拟高速芯片有重要的作用[7].

Ward 和Dutton[8]基于电路各节点的电荷守恒原理,提出了一种金属-氧化物-半导体系的本征电容建模方法,该方法也可应用于HEMT 器件电容的建模.Yigletu 等[9]基于Ward-Dutton 电荷分配原则对AlGaN/GaN HEMT 本征电容进行了建模,得到的本征电容模型精度较高,但是该电容模型没有考虑边缘电容的影响.之后Li 和Rakheja[10]指出栅极电荷里除本征电荷外,其寄……