一、成果简介

氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的漏极电流模型通过量化表征器件的电学特性，将复杂的物理机制转化为适用于电路仿真的数学表达式，是连接器件物理与电路设计的关键桥梁。这一模型不仅是GaN HEMT实现工程化应用的核心技术基础，更在推动GaN技术融入标准化设计流程方面发挥着至关重要的作用。本成果聚焦第三代半导体核心器件建模领域，针对GaN HEMT在复杂工况下的模型精度差、扩展性差的问题，提出一种用于电路仿真基于物理机理的漏极电流的建模方法，在与GaN HEMT相关的集成电路或芯片设计方面具有显著的应用前景。由于该模型基于器件的物理机理进行开发，因此模型中参数的物理意义明确，对于不同几何尺寸器件的仿真扩展性比较好，计算精度也比较高。

本成果关于GaN HEMT漏极电流的建模方法主要包含了沟道载流子密度、表面势、漏极电流及饱和漏极电压的计算方法，同时阐述了器件不包含场板和包含场板的结构。主要包含如下步骤：1）将GaN HEMT沟道中的载流子视为电子积累层并服从经典玻尔兹曼分布，根据沟道载流子密度可以建立起一个关于表面势（漏极电压为0）的超越方程，再采用Halley方法求解这个方程，从而获得精度比较高的表面势；2）对GaN HEMT施加漏极电压后，在表面势不随漏极电压变化的情况下，采用渐进沟道近似在只计算1次表面势后即可求出漏极电流表达式；3）由漏极电流的表达式，并根据电流的连续性原理，计算出邻近漏极的栅极边缘处的电势及电场，在电场等于临界电场的条件下可解析计算出一个饱和电压；4）基于上述计算漏极电流和饱和电压的方法，根据具体情况可把自加热效应和短沟道效应融入到模型，把该模型编写成Verilog-A的代码，在电路仿真器中导入该代码即可仿真GaN HEMT的电气性能，进一步可用于和GaN HEMT相关集成电路或芯片的设计。

图1 （左）本发明方法和使用数值方法计算表面势的比较，（右）本发明方法计算的漏极电流结果和实验结果的比较

二、应用领域

可应用于功率和射频GaN HEMT的设计与优化，及GaN HEMT相关集成电路和芯片设计。

三、市场前景

GaN HEMT在实现国家“双碳”目标与保障国防安全方面具有重要战略意义。在电力电子领域，相较于传统硅基MOSFET和IGBT，GaN HEMT具有更低的开关损耗、更高的开关频率、更小的体积，能显著提升系统效率和功率密度，可应用于电源适配器、AI数据中心、新能源汽车（车载充电器、DC-DC转换器）、机器人（电机驱动）等。在射频领域，GaN HEMs凭借其高功率密度、高工作频率、高效率，在5G/6G通信基站、卫星通信、雷达系统、军事电子对抗中展现出重要的应用潜力。本成果在上述相关市场具有应用前景。

四、知识产权

1.成果由成都大学单独持有；

2.已获国家发明专利授权：氮化镓高电子迁移率晶体管的漏极电流获取方法及装置（专利号：ZL202610377164.9）

五、合作方式

    技术许可和技术转让。

六、对接方式

1. 合作意向方联系成都大学科技处；

2. 成都大学科技处沟通了解意向方情况；

3. 会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。

联系电话：84616173