GaN HEMT和GaN MOSFET都是基于氮化鎵(GaN)材料的半導(dǎo)體器件，但它們是不同的器件類型。
GaN HEMT代表高電子遷移率晶體管（High Electron Mobility Transistor），它利用氮化鎵材料的高電子遷移率來實(shí)現(xiàn)高速、高功率、高效率的操作。它具有低電阻和高開關(guān)速度的特點(diǎn)，常用于射頻功率放大器、交流變換器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電源管理等應(yīng)用中。
GaN?HEMT器件由于其寬禁帶材料的獨(dú)特性能，相比硅功率器件具有擊穿場強(qiáng)高、導(dǎo)通電阻低、轉(zhuǎn)換速度快等優(yōu)勢，在智能家電、交直流轉(zhuǎn)換器、光伏逆變器以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
GaN MOSFET代表氮化鎵金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（Gallium Nitride Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），它利用氮化鎵材料的高電子遷移率和電學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了高效率、低開關(guān)損耗和低導(dǎo)通損耗等特點(diǎn)。GaN MOSFET可以替代傳統(tǒng)的硅功率器件，應(yīng)用于電源、逆變器、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。
GaN HEMT和GaN MOSFET是不同的器件類型，它們?cè)谠O(shè)計(jì)、性能和應(yīng)用上都有所不同。
GaN HEMT和GaN MOSFET的區(qū)別
GaN HEMT和GaN MOSFET是兩種基于氮化鎵（GaN）材料的半導(dǎo)體器件，它們之間有以下幾個(gè)區(qū)別：
結(jié)構(gòu)不同：GaN HEMT是一種三極管結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括一個(gè)源極、漏極和門極，而GaN MOSFET是一種場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)源極、漏極和柵極。
工作原理不同：GaN HEMT的工作原理基于高電子遷移率效應(yīng)，通過控制門極電壓來控制電流流動(dòng)；而GaN MOSFET的工作原理基于柵極電場控制漏極與源極之間的電流。
性能不同：GaN HEMT具有低導(dǎo)通電阻和高開關(guān)速度的特點(diǎn)，適用于高頻、高功率的應(yīng)用場景，而GaN MOSFET具有低開關(guān)損耗和低導(dǎo)通損耗的特點(diǎn)，適用于高效率的應(yīng)用場景。
制造工藝不同：GaN HEMT需要制造高質(zhì)量的氮化鎵/鋁鎵異質(zhì)結(jié)，且對(duì)接觸電極、襯底等工藝要求較高；而GaN MOSFET需要制造高質(zhì)量的氮化鎵/氧化物柵極結(jié)構(gòu)，且需要處理柵極電荷積累等問題。
綜上所述，雖然GaN HEMT和GaN MOSFET都是基于氮化鎵材料的半導(dǎo)體器件，但它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)、工作原理、性能和制造工藝等方面有著明顯的區(qū)別。
半導(dǎo)體器件建模
半導(dǎo)體器件模型是連接代工廠和IC設(shè)計(jì)公司之間的橋梁。如圖1所示，IC設(shè)計(jì)工程師在電路設(shè)計(jì)軟件中調(diào)用的器件，包含了器件模型和版圖的信息。只有精準(zhǔn)的器件模型才可以保證精準(zhǔn)的電路仿真結(jié)果。
器件模型有很多種類型，包括查表法，集約模型?(Compact Model)，宏模型 (Macro Model) 等。半導(dǎo)體器件模型多是集約模型和宏模型。
舉個(gè)最簡單的電阻模型的例子。假設(shè)有一組測量的電流電壓 (V,I) 的數(shù)據(jù)，符合線性關(guān)系，測試數(shù)據(jù)如圖2所示，V和I之間的關(guān)系可以通過一個(gè)直線方程I=V/R來描述。通過調(diào)整R參數(shù)，在R=R0時(shí)可以得到與數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合最好的結(jié)果。
這個(gè)例子說明了半導(dǎo)體器件建模的兩個(gè)步驟：
第一步，找到合適的方程；
第二步，參數(shù)提取。
對(duì)于MOSFET, BJT, 和Diode等半導(dǎo)體器件的建模也是一樣的概念，只是描述這些器件特性的方程更為復(fù)雜。實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，半導(dǎo)體器件大多已有標(biāo)準(zhǔn)可用的方程，如BSIM3和 BSIM4等，只需要進(jìn)行參數(shù)提取即可。
半導(dǎo)體器件建模的基本流程
要建立半導(dǎo)體器件模型，首先要有測試數(shù)據(jù)，并且是足夠多的測試數(shù)據(jù)，要能夠包含足夠多的尺寸、能夠反應(yīng)工藝條件的平均和邊界的水平。
所以，為了做半導(dǎo)體模型，工程師會(huì)需要設(shè)計(jì)專門單獨(dú)器件的測試結(jié)構(gòu)，去流片并進(jìn)行測試，然后根據(jù)測試數(shù)據(jù)，擬合曲線提取參數(shù)。得到的參數(shù)列表保存出去，即可得到可用于SPICE仿真的模型文件。最后將各類器件的模型拼成一個(gè)模型庫，并進(jìn)行驗(yàn)證后，方可將模型移交出去。
MOSFET global model -- Best Fitting model提取步驟（BSIM4為例）
首先，提模型需要有測試數(shù)據(jù)。測試時(shí)先要進(jìn)行mapping的測量，即測量wafer多個(gè)die在某個(gè)固定bias下的Target（Vtlin,Vtsat,Vtgm,Idlin,Idsat等）數(shù)據(jù)，然后根據(jù)mapping測試的結(jié)果選出各個(gè)target都比較靠近中值的一個(gè)die作為golden die。然后再測量golden die的CV，IV曲線。在拿到測試數(shù)據(jù)后首先需要檢查數(shù)據(jù)，包括曲線是否正確、趨勢是否合理，還要檢查下IV曲線的target是否與mapping測試的中值有較大偏差，有問題的數(shù)據(jù)需要重新測試。
提模型時(shí)通常會(huì)以前一版本的模型為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，如果沒有前一個(gè)版本的模型可以選用默認(rèn)的模型去調(diào)。下文具體看下MOSFET global model提取的基本步驟：
第一步，將工藝物理參數(shù)(如氧化層厚度等)填入模型中去。
第二步，CV 的擬合：包括CGG和CGC 的擬合，如圖4所示。
第三步，IV的擬合(圖5）：
大尺寸器件IV 曲線擬合，這一步需要擬合的曲線包括圖5中所列出的曲線：
id_vgs_vbs (vds=0, vds=vdd), 需要同時(shí)擬合線性坐標(biāo)和對(duì)數(shù)坐標(biāo)的圖，還需要照顧到Gm(id_vg取導(dǎo)數(shù))曲線，調(diào)整vth0和遷移率相關(guān)參數(shù)進(jìn)行曲線擬合。
id_vds_vgs (vbs=0, vbs=vbb), id_vd曲線的擬合也要照顧到Rout(id_vd曲線取dx/dy)曲線。
2. W=Wmax, Vtlin,Vtsat,Vtgm,Idlin,Idsat,Ioff等target對(duì)L的趨勢圖的擬合，可以使用IV曲線中計(jì)算出的趨勢圖，也可以直接使用mapping data的趨勢圖。如圖6是一張Vtlin_L的趨勢圖
3. 短溝道器件IV曲線擬合。這個(gè)步驟與步驟1中大尺寸曲線擬合類似，需要使用短溝道相關(guān)的參數(shù)去做擬合。
4. L=Lmax, Target對(duì)W的趨勢圖。與步驟2中類似，使用相關(guān)參數(shù)擬合不同target對(duì)W的趨勢圖。
5. 窄溝道器件IV曲線擬合。與步驟1、3類似，使用窄溝道相關(guān)參數(shù)去擬合。
6. L=Lmin, target對(duì)W的趨勢圖，以及W=Wmin, target對(duì)L的趨勢圖。參考步驟2、4。
7. 小尺寸器件的IV 曲線擬合。參考步驟1、3、5。
8. 重復(fù)步驟1-7直至所有曲線擬合精度達(dá)到要求，將最終結(jié)果保存出去，就得到了以測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的 Best fitting model.
除了針對(duì)模型晶圓本身測試數(shù)據(jù)選golden die進(jìn)行的擬合IV, CV以及調(diào)整趨勢做retargeting之外，模型還需要有個(gè)能代表工藝波動(dòng)狀況的邊界模型，就是我們所說的corner模型。
做corner模型需要有corner spec，在foundry里corner spec通常由工藝整合工程師?(PIE)提供。
Corner model可以由base模型去生成一個(gè)corner lib，可以通過手動(dòng)去貼一個(gè)corner lib出來或者直接使用MBP等工具由base模型去生成corner lib。
調(diào)corner模型需要看的圖有corner趨勢圖（圖7）和喇叭口的圖（圖8），喇叭口是代表計(jì)算之后的各個(gè)corner與TT之間的差異的圖。
對(duì)照corner 趨勢圖和喇叭口的圖，并同時(shí)結(jié)合spec table（圖9）去調(diào)corner 參數(shù)，使得corner 仿真值能達(dá)到spec并且保證趨勢和喇叭口正確。
半導(dǎo)體器件統(tǒng)計(jì)模型（Statistical Model）
隨著器件尺寸縮小，器件隨工藝的波動(dòng)會(huì)越來越明顯，我們需要通過統(tǒng)計(jì)模型來描述器件隨工藝的波動(dòng)。工藝的波動(dòng)可以分為幾種，有相鄰器件之間的差異,稱為局部波動(dòng)（local variation），局部波動(dòng)也稱作失配(mismatch)；還有不同die，不同wafer，不同lot之間的差異，稱為全局波動(dòng)(global variation)，總的波動(dòng)(Total variation)是全局波動(dòng)與局部波動(dòng)之和.
Total variation = Global variation + Local variation
實(shí)際做模型時(shí)，local variation是直接測量得到的，所以mismatch模型通常都是由測量結(jié)果擬合得到；total variation也是可以直接測量得到，但是global variation無法直接測量得到，但是可以通過上面公式計(jì)算得到。所以global 的統(tǒng)計(jì)模型可以根據(jù)測試數(shù)據(jù)去做，使仿真結(jié)果與測試數(shù)據(jù)同分布即可。
用于 CMOS 和 III-V?器件建模與表征的產(chǎn)品和解決方案，包括自動(dòng)化測量、精確的器件模型提取、全面的模型認(rèn)證、PDK 驗(yàn)證和綜合建模服務(wù)。
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