通用高电子迁移率晶体管(HEMT)的差分微变解算方案及分析型模型

来源：A Difference-Microvariation Solution and Analytical Model for Generic HEMTs（TED 22年）

摘要

这篇论文提出了一种AlGaN/GaN和AlGaAs/GaAs基高电子迁移率晶体管(HEMT)的分析型直流模型。该模型考虑了高栅偏压下势垒层中积累的电荷。为了突破准确高效求解模型的瓶颈问题,作者开发了一种改进的差分微变(DM)显式算法,用于求解物理模型中复杂的超越方程,包括三角势阱中两个重要的子带。与现有基于表面势的分析算法相比,DM算法可以量化高阶分量,得到更精确的解。通过与数值结果和实验数据在广泛工作区域的对比验证,证明了该模型结合DM方法有望成为通用异质结HEMT仿真的合适工具。

索引词:紧凑型直流模型,差分微变(DM)算法,高电子迁移率晶体管(HEMTs)。

文章的研究内容

1. 提出了一种AlGaN/GaN和AlGaAs/GaAs基高电子迁移率晶体管(HEMT)的分析型直流模型。

2. 在模型中考虑了高栅偏压下势垒层中积累的电荷的影响。

3. 为了高效准确地求解模型中的复杂超越方程(包括Fermi能级和表面势等),开发了一种改进的差分微变(DM)显式算法。

4. 与现有基于表面势的分析算法相比,DM算法可以更好地量化高阶分量,从而得到更精确的解。

5. 通过与数值模拟结果和实验数据的广泛对比验证,证明了该模型和DM解算方法在整个工作区域内都具有良好的通用性和高精度。

6. 认为该模型和DM解算方法有望成为通用异质结HEMT仿真的合适工具。

这篇论文的核心内容是提出了一种新的高精度HEMT直流模型及其求解算法,以期推动HEMT器件建模和仿真的发展。

文章的研究方法

1. 建立了一种分析型的HEMT直流模型:

   • 考虑了高栅压下势垒层中积累电荷的影响
   • 包括了三角势阱中两个重要的子带(E₀和E₁)

2. 开发了一种改进的差分微变(DM)显式算法:

   • 用于求解模型中的复杂超越方程,如Fermi能级和表面势
   • 与现有基于表面势的分析算法相比,DM算法可以更好地量化高阶分量,从而得到更精确的解

3. 通过广泛的对比验证:

   • 与数值模拟结果进行对比
   • 与实验测量数据进行对比
   • 覆盖了HEMT器件的整个工作区域

4. 评估分析:

   • 论证了所提出的模型和DM解算方法具有良好的通用性和高精度
   • 认为该模型和方法有望成为通用异质结HEMT仿真的合适工具

这篇论文采用了建立分析模型、开发求解算法、广泛验证对比的研究方法,以期推动HEMT器件建模和仿真的发展。

文章的创新点

1. 提出了一种新的分析型直流HEMT模型:

   • 考虑了高栅偏压下势垒层中积累电荷的影响,这是之前模型所缺乏的
   • 包括了三角势阱中两个重要的子带(E₀和E₁)

2. 开发了一种改进的差分微变(DM)显式算法:

   • 用于求解模型中复杂的超越方程,如Fermi能级和表面势
   • 相比现有基于表面势的分析算法,DM算法可以更好地量化高阶分量,从而得到更精确的解

3. 实现了模型和算法的高精度和广泛适用性:

   • 通过与数值模拟结果和实验数据的广泛对比验证
   • 证明模型和DM算法在整个HEMT工作区域内都具有良好的通用性和高精度

4. 认为该模型和DM解算方法有望成为通用异质结HEMT仿真的合适工具:

   • 可以为HEMT器件建模和仿真提供一种新的高精度解决方案

这篇论文的创新之处在于提出了一种新的HEMT分析模型,开发了一种改进的高精度求解算法,并通过广泛验证证明了其优越的性能,这为HEMT器件建模和仿真的发展带来了新的可能。

文章的结论

1. 提出了一种新的分析型直流HEMT模型,该模型考虑了高栅偏压下势垒层中积累电荷的影响,并包括了三角势阱中两个重要的子带(E₀和E₁)。

2. 开发了一种改进的差分微变(DM)显式算法,用于求解模型中复杂的超越方程,如Fermi能级和表面势。与现有基于表面势的分析算法相比,DM算法可以更好地量化高阶分量,从而得到更精确的解。

3. 通过与数值模拟结果和实验数据的广泛对比验证,证明了所提出的模型和DM解算方法在整个HEMT工作区域内都具有良好的通用性和高精度。

4. 认为该模型和DM解算方法有望成为通用异质结HEMT仿真的合适工具,可以为HEMT器件建模和仿真提供一种新的高精度解决方案。

综上所述,这篇论文的主要结论是提出了一种新的高精度HEMT直流模型及其求解算法,并通过广泛验证证明其优良的性能,为HEMT器件建模和仿真的发展提供了新的可能。