具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1所示，本实施例中进行模型建构的薄势垒层的场板型肖特基二极管为AlGaN/GaN肖特基二极管，器件结构包括由下向上顺序布置的Silicon衬底、GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层和钝化层；二极管阳极连接板场结构，阳极肖特基金属直接与AlGaN势垒层接触形成肖特基接触；阴极金属与AlGaN薄势垒层接触形成欧姆接触。

更具体的，阳极肖特基金属直接与AlGaN势垒层接触形成肖特基接触；与阳极连接的板场结构与钝化层以及AlGaN势垒层构成金属-绝缘层-半导体(MIS)结构；并且肖特基二极管AlGaN势垒层为薄势垒层，厚度约为10nm；钝化层的厚度小于等于≤20nm；以形成薄势垒层的场板型肖特基二极管。

与现有的GaN体材料以及GaN异质结厚势垒的肖特基器件不同，对于本实施例中的肖特基二极管，当阳极施加电压时，场板结构调控GaN沟道层的二维电子气。

受二极管阳极电压控制，使场板结构下的MIS结构电容以及沟道电阻会产生非线性变化，从而使得传统的肖特基二极管模型无法应用于本二极管。

即，二极管阳极施加电压时，肖特基接触产生的结电容以及场板与钝化层、超薄势组成的MIS结构同时变变化，导致器件总的C-V特性曲线不同于常规的体材料肖特基二极管，不符合关系

基于此，本实施例建立的一种薄势垒层的场板型肖特基二极管器件模型，如图2所示，包括本征等效器件、非线性等效器件和寄生等效器件；

本征等效器件为肖特基二极管的本体参数的等效器件；包括肖特基结和导通电阻R_S；所述肖特基结等效为并联的结电容C_j和结电阻R_j；所述导通电阻R_S与肖特基结串联；

所述非线性等效器件为引入板场结构所带来的非线性参数的等效器件；具体包括，受阳极电压调控的非线性电容C_FP，场板下方的非线性沟道电阻R_ch；

其中，所述非线性沟道电阻R_ch、肖特基结和导通电阻R_s为串联连接；所述非线性电容C_FP与串联在一起的非线性沟道电阻R_ch和肖特基结并联连接。

其中，寄生等效器件为肖特基二极管器件的电极、金属引线以及金属引线之间的寄生参数的等效器件，包括肖特基二极管器件电极与衬底材料之间寄生参数的等效器件；阴、阳电极与其对应的金属引线之间的寄生参数的等效器件；阴、阳电极的金属引线之间的耦合参数的等效器件。

所述肖特基二极管器件电极与衬底材料之间寄生参数的等效器件包括阳极与衬底材料之间寄生电容C_pad1，阴极与衬底材料之间寄生电容C_pad2；

所述阴、阳电极与其对应的金属引线之间的寄生参数的等效器件包括阳极与其对应的金属引线之间的寄生电感L_m1和寄生电阻R_m1；阴极与其对应的金属引线之间的寄生电感L_m2和寄生电阻R_m2；所述寄生电感L_m1和寄生电阻R_m1组成串联的阳极寄生电路结构；所述寄生电感L_m2和寄生电阻R_m2组成串联的阴极寄生电路结构；

所述阴、阳电极的金属引线之间的耦合参数的等效器件为跨接在阴、阳电极的金属引线之间的耦合电容C_PP；所述耦合电容C_PP连接在由肖特基结、可变沟道电阻R_ch和导通电阻R_s组成的串联电路的两端。

更具体的，由MIS结构产生的非线性电容C_FP作为储能原件，其电容与电压的关系为：式中Q_FP为场板下方沟道内的电荷，V_AC为阳极与沟道层之间的电压。

电容取决于器件中耗尽区的空间电荷区的宽度，具体取决于阳极施加的电压。如图3所示，场板结构和一定厚度的钝化层、AlGaN超薄势垒层形成MIS结构，当阳极施加负偏压时，器件被夹断，场板下面的沟道层完全耗尽，因此C_FP仅由场板的长度和宽度、耗尽区的宽度决定，几乎保持恒定。V_AC≥-3.5V时，因为场板下的二维电子气开始恢复，耗尽层宽度的减小导致C_FP的快速增加。采用双曲正切函数很好地描述了电容与所加电压的相关性，对其C-V关系的描述如下所示：

C_FP＝f(V_AC)＝C_FP0+k(1+tanh(a₁+b₁*V_AC))*(1+tanh(a₂+b₂*V_AC))

其中，由场板的长度和宽度、耗尽区的宽度决定，几乎保持恒定。k、a₁、b₁、a₂、b₂为电容系数。

本发明实施例对于上述薄势垒层的场板型肖特基二极管器件模型的参数提取方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S1、构建第一器件和第二器件；

所述第一器件为被测器件；即为被测的薄势垒层的场板型肖特基二极管器件；所述第二器件为与第一器件同尺寸的无场板结构的肖特基二极管器件。

步骤S2、基于第一器件建立射频测试结构进行测试，提取包括寄生电容C_pad1、寄生电容C_pad2、寄生电感L_m1、寄生电阻R_m1、寄生电感L_m2、寄生电阻R_m2和耦合电容C_PP在内的寄生参数；

所述射频测试结构包括开路(open)射频测试结构和短路(short)射频测试结构；

更具体的，开路(open)射频测试结构的尺寸与第一器件结构相同，并去除引线及有源区，只保留焊盘pad。

短路(short)射频测试结构的尺寸与第一器件结构相同，且阴阳极相连并与CPW(coplanar waveguide，共面波导)结构的地相连。

具体包括以下子步骤：

步骤S201、利用第一器件的开路(open)射频测试结构确定寄生电容C_pad1、寄生电容C_pad2。

更具体的，寄生电容的确定包括：

1)测得第一器件的开路(open)射频测试结构的S参数；

2)通过矩阵运算将开路(open)射频测试结构的S参数转换得到对应的Y参数Y_o(Y_o11,Y_o12,Y_o21,Y_o22)；

3)利用Y参数虚部构成寄生电容C_pad1和寄生电容C_pad2的计算公式；

4)在低频区域(≤5GHz)来提取阴阳极焊盘寄生电容C_pad1和C_pad2。

优选的，寄生电容C_pad1、寄生电容C_pad2的计算公式如下：

式中：ω为角频率；Y₁₁为输出端口短路时的输入导纳；Y₂₁为输出端口短路时，输出端对输入端的转移导纳；Y₁₂为输入端口短路时，输入端对输出端的转移导纳；Y₂₂为输入端口短路时的输出导纳。

步骤S202、利用第一器件的开路(open)射频测试结构的转移导纳提取出器件阴、阳电极引线之间的耦合电容C_PP；

耦合电容C_PP的计算公式为：

在低频区域(≤5GHz)经过公式(3)的计算可得到器件阴、阳极引线之间的耦合电容C_PP。

步骤S203、利用第一器件的短路(short)射频测试结构的测试结果确定寄生电感L_m1、寄生电感L_m2、寄生电阻R_m1和寄生电阻R_m2；

更具体的，寄生电感L_m1、寄生电感L_m2的确定包括：

1)测得第一器件的短路(short)射频测试结构的S参数；

2)通过矩阵运算将短路(short)射频测试结构的S参数转换得到对应的Y参数Y_s；

3)利用Y参数虚部构成寄生电感L_m1、寄生电感L_m2、寄生电阻R_m1和寄生电阻R_m2的计算公式；

具体的，计算公式包括：

Z_s-o＝(Y_s-Y_o)^-1 (4)

上式中，Y_s为短路(short)射频测试结构的Y参数；Y_o为开路(open)射频测试结构的Y参数；Z_s-o为Y_s与Y_o的差值转换后的Z参数；Z_s-o,11为第一器件输出端口开路时的输入阻抗；Z_s-o,21为第一器件输出端口开路时，输出端对输入端的转移阻抗；Z_s-o,12为第一器件输入端口开路时，输入端对输出端的转移阻抗；Z_s-o,22为输入端口开路时的输出阻抗。

4)在高频区域(≥20GHz)根据寄生电感L_m1和寄生电感L_m2的公式直接获取引线上的寄生电感L_m1和寄生电感L_m2。

5)在高频区域(≥20GHz)根据寄生电阻R_m1和寄生电阻R_m2的公式直接获取寄生电阻R_m1和寄生电阻R_m2。

利用基于肖特基二极管射频结构的射频测试的结果，提取出肖特基二极管的高频寄生电阻，进而根据该肖特基二极管的高频寄生电阻确定寄生电阻R_m1和寄生电阻R_m2。

本实施例中被测器件的射频参数主要是S参数，S参数包括四类特性，即：S₁₁，S₁₂，S₂₂和S₂₁。其中，S₂₁在物理上代表射频信号的正向传输效率。耦合电容C_PP的位置处于射频信号的正向传输路径上，因此，耦合电容C_PP的数值对S₂₁的影响很大。在等效电路的其他模型参数都已确定之后，依据去嵌到引线端open结构的S参数中S₂₁随频率变化的特性曲线和步骤S204中提取到的耦合电容C_PP的初始值，微调数值达到最佳的拟合程度，即可确定耦合电容C_PP最终合适的数值。

步骤S3、基于第二器件建立射频测试结构进行测试，提取包括结电容C_j、结电容R_j和串联电阻R_S在内的本征参数；

所述第二器件的射频测试结构包括开路(open)射频测试结构和短路(short)射频测试结构；更具体的，开路(open)射频测试结构的尺寸与肖特基二极管(第一器件结构)相同，并去除引线及有源区，只保留pad。

短路(short)射频测试结构的尺寸与肖特基二极管(第一器件结构)相同，且阴阳极相连并与CPW(coplanar waveguide，共面波导)结构的地相连。

步骤S301、对第二器件的开路(open)射频测试结构和短路(short)射频测试结构进行去嵌测试得到第二本征S参数；

采用现有的去嵌测试方法得到第二本征S参数，不对本发明的保护范围构成影响。

步骤S302、通过矩阵运算将第二本征S参数转换得到对应的Y参数Y_int,21、Y_int,12和对应的Z参数Z_int,21、Z_int,12；

步骤S303、计算第二器件的本征区域的总电容C_total-2和总电阻R_total-2；

步骤S304、根据不同偏置点的测试结果，提取被测器件的本征参数结电容C_j、结电阻R_j和串联电阻R_S。

本征参数结电容C_j的提取：

利用第二本征Y参数的虚部和公式(10)来提取不同偏置点下器件本征区域的总电容C_total-2；

将总电容C_total-2减去耦合电容C_PP即可得到本征参数C_j。

本征参数结电阻R_j和串联电阻R_S的提取：

将第二本征S参数通过矩阵运算得到第二本征Z参数，利用第二本征Z参数的实部和公式(11)可在反向偏置和正向偏置(饱和工作区)分别提取出器件的结电阻和串联电阻。

器件本征区域的总电阻R_total-2：

结电阻R_j为偏置电压V的函数R_j(V)；其中，器件正向导通时串联电阻R_S占主导，此时假设R_j为零，C_j的大小忽略不计；器件处于反向偏置时R_j起主导作用，忽略串联电阻R_S。V是肖特基二极管器件的偏置电压；即，当第二器件正向导通时，R_j(V)为零，R_S＝R_total-2；当第二器件反向偏置时，忽略R_S，R_j(V)＝R_total-2。

步骤S4、测量第一器件的本征参数，结合第二器件的本征参数进行包括非线性电容C_FP和非线性沟道电阻R_ch在内的非线性参数提取。

步骤S401、对第一器件的开路射频测试结构和短路射频测试结构进行去嵌测试得到第一本征S参数；

采用现有的去嵌测试方法得到第二本征S参数，不对本发明的保护范围构成影响。

步骤S402、通过矩阵运算将第一本征S参数转换得到对应的Y参数Y_i'_nt,21、Y_i'_nt,12和对应的Z参数Z_i'_nt,21、Z_i'_nt,12；

步骤S403、步骤S403、计算第一器件的本征区域的总电容C_total-1和总电阻R_total-1，结合步骤S3中得到的本征参数结电容C_j、结电阻R_j和串联电阻R_S，步骤S2得到的寄生参数耦合电容C_PP提取器件的非线性参数C_FP、R_ch。

具体的，第一器件的本征区域的总电容C_total-1和总电阻R_total-1如公式(12)、(13)所示：

其中，

则，将总电容C_total-1减去耦合电容C_PP和结电容C_j即可得到非线性电容C_FP；将总电阻R_total-1减去结电阻R_j(V)和串联电阻R_S即可得到非线性沟道电阻R_ch。

此参数提取方法的好处在于，可以准确有效地将场板对器件的影响剥离出来，得到非线性场板电容，以及可变电阻。具体应用中根据器件工作频率和对耐压能力的要求反馈到工艺，确定场板的长度、宽度，介质层的厚度。

综上所述，本实施例的方案能够综合提取出器件的寄生和本征参数建立小信号等效电路，可以方便地模拟器件的直流特性和高频特性，模型仿真结果与实际测试结果有较好地一致性；本发明的所建立针对薄势垒层的场板型肖特基二极管器件模型的参数提取方法，能够准确地提取器件场板在不同频率，不同偏置点下的电容，能够准确地提取器件的本征参数，提高模型参数提取的效率和模型的准确性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。