??GaN HEMT器件的大信號等效電路模型分為經驗基模型和物理基模型。經驗基模型具有較高精度但參數提取困難，特別在GaN HEMT器件工藝不穩定的情況下不易應用。相比之下，物理基模型從器件工作機理出發，參數提取相對方便，且更容易更新和維護。在GaN HEMT器件標準化過程中，選擇了基于表面勢和基于電荷控制的物理基大信號模型。然而，這些模型仍存在方程復雜、收斂性差、精度不足等問題。基于區域劃分的可縮放大信號模型，兼顧了簡單性和精度，并考慮了自熱效應、高低溫效應、陷阱效應等。該模型在不同柵寬的GaN HEMT器件上得到了驗證，顯示出良好的小信號和大信號性能。

區域劃分建模原理

??區域劃分建模方法是一種基于器件溝道中電場和載流子分布的模擬方法，將溝道劃分為相鄰的區域。在每個區域內，使用相應的物理方程描述電流-電壓關系，考慮器件的主要工作原理。通過確保電流、電壓、電場等物理量在各區域邊界的連續性，將各區域的方程聯立求解，得到器件的最終I-V特性。
??該建模方法最早在20世紀80年代應用于MODFET器件的建模。隨著第三代半導體材料和器件的發展，這種建模方法在21世紀初開始用于AlGaN/GaN HFET器件。從2006年起，美國北卡羅來納州立大學的Robert Trew團隊對區域劃分模型進行了深入研究，并提出了可用于大信號仿真的區域劃分大信號模型。這一模型結合了物理基模型和經驗基模型的優勢，既反映了器件的物理機理，又能夠集成于電路仿真軟件中進行大信號諧波平衡仿真。從理論上講，這種模型在器件和電路的設計與分析中都具有應用前景。以下對區域劃分建模原理進行簡要介紹。
??依據器件工作時溝道中電場和載流子的分布，可以將溝道劃分為不同的區域。
??器件工作于線性區：

??在線性區可以將器件劃分為三個區域，分別是源極接入區(Source Neutral Zone，SNZ, Z1)；占據柵下全部區域的本征FET區(Intrinsic FET Zone，IFZ, Z2)和漏極接入區 (Drain Neutral Zone，DNZ, Z5)。

??器件工作于飽和區：

??在飽和區，可以將器件劃分為五個區域。分別是源極接入區 (SNZ, Z1)；占據柵下源端部分區域的本征接入區(IFZ, Z2) ； 占據柵下剩余部分的空間電荷聚集區(Space-charge Limited Zone，SLZ, Z3)；占據始于柵極漏端的部分漏極接入區的電荷耗盡區(Charge Deficit Zone，CDZ, Z4)和漏極接入區 (Drain Neutral Zone，DNZ,Z5)。

??當器件工作于線性區時，在源極接入區和漏極接入區，量子阱被電子填滿，電子速度最小。在本征FET區，電子漂移速度增加，但仍小于電子飽和速度v_sat。在源極接入區和漏極接入區，由電場-電子速度關系可得：
$$\nu =\frac{\mu E}{{\left(1+{\left(E/E_c\right)}^{\beta }\right)}^{1/\beta }}（1）$$、
由（1）式可得：
$$E=\frac{E_c}{(1?({\nu }_{\mathrm{sat}}/\nu {)}^{\beta }{)}^{1/\beta }}（2）$$
其中μ為低場電子遷移率，E_c為電子速度飽和時的臨界電場，v_sat為電子飽和速度，β為電場-電子速度關系的階數，通常β = 2。
這里的β為擬合值
由式（2）可進一步得到源極接入區和漏極接入區的電場如下：
$$E_s=\frac{E_{c}I}{\sqrt[\beta ]{I_{sat}^{\beta }?I^{\beta }}}（3）$$
其中I_sat為飽和電流。根據器件工作在線性區時溝道中電場的分布，電場在源極接入區和漏極接入區可被視為常數，可以根據電場與電勢的關系，得到柵極源端和柵極漏端的電壓如下：
$$V_{si}=\frac{E_c{l}_{s}I}{{\left(I_{sat}^{\beta }?I^{\beta }\right)}^{1/\beta }}（4）$$
這里的I應為I_si（Z1中電流的解析解），參考原式：
$$V_{si}=\frac{E_c{L}_s{I}_{si}}{{\left(I_{\max }^{\beta }?I_{si}^{\beta }\right)}^{1/\beta }}.$$
$$V_{di}=V_d?\frac{E_c{l}_{d}I}{{\left(I_{sat}^{\beta }?I^{\beta }\right)}^{1/\beta }}（5）$$
這里的I應為I_ds，參考原式：
$$V_{di}=V_d?\frac{E_c(L_d?L_4)I_{ds}}{{\left(I_{\max }^{\beta }?I_{ds}^{\beta }\right)}^{1/\beta }}?\frac{1}{2}{L}_4^2{k}_4,$$
其中 V_si 和 V_di 分別為柵極源端和柵極漏端的電壓，l_s 和l_d 分別為源極接入區和漏極接入區的長度，V_d 為漏極偏置電壓。
??在本征FET 區，根據緩變溝道近似，載流子濃度滿足如下關系：
$$n_s(x)=\frac{C_{eff}}{q}(V_{gt}?V(x))（6）$$
其中n_s(x)為位置x 處的載流子濃度，C_eff 為有效勢壘電容，V_gt =V_gs - V_pinch，V(x)為位置 x 處的電勢。將式（1），（6）兩式和電場與電勢的關系E(x)= -dV/dx 代入漏極電流I_ds 的基本表達式：
$$I_{ds}=Wq{n}_s(x)\nu (x)(7)$$
其中W 為器件的柵寬，q 為電子電荷，v(x)為位置x 處的電子速度。整理后，可得漏極電流I_ds 的表達式如下：
$${(x?l_s)I_{ds}={\int }_{V_{si}}^{V(x)}(\begin{array}{c}(W\mu C_{eff}\left(V_{gt}?V^{\prime }\right){)}^{\beta }?(\frac{I_{ds}}{E_c}{)}^{\beta }\end{array})}^{1/\beta }d{V}^{\prime }（8）$$
將式（8）在柵下整個區域積分，則式（8）可化為如下形式：
$$l_g{I}_{ds}={\int }_{V_{si}}^{V_{di}}{\left({\left(W\mu C_{eff}\left(V_{gt}?V\right)\right)}^{\beta }?{\left(\frac{I_{ds}}{E_c}\right)}^{\beta }\right)}^{1/\beta }dV（9）$$
其中l_g 為柵長。再將式（4）和式（5）中的V_si 和V_di 代入式（9），求解該積分方程，即可得到器件工作于線性區時的漏極電流I_ds。
以上式子中需要實際測試的物理量有：
（4）式中需要測試的物理量

需要測試的量	含義
Ec	電子速度飽和時的臨界電場
ls	源極接入區長度
Isat	電流比例因子

(5) 式中需要測試的物理量

需要測試的量	含義
Ec	電子速度飽和時的臨界電場
Vd	漏極偏置電壓
ld	漏極接入區的長度

（9）式中需要測試的物理量

需要測試的量	含義
lg	柵長
W	柵寬
Ceff	有效勢壘電容
Vgt	有效柵極電壓
Ec	電子速度飽和時的臨界電場

以上式子中需要擬合的量有：
β 電場-電子速度關系的階數

持續更新中…