针对耗尽型双沟道 GaN HEMT 仿真中栅压 -30V 无法关断电流的问题，主要解决方案在于检查物理模型中的极化效应设置及网格划分精度。仿真通常使用 Sentaurus TCAD 或 Silvaco 工具，必须开启自发极化和压电极化模型以正确生成 2DEG 沟道。若电流无法关断，需检查栅极功函数是否匹配，势垒层厚度是否过厚导致电场控制不足，以及 AlGaN 组分是否过高导致极化电荷过多。此外，沟道区域网格需加密以确保数值收敛，边界条件应设置为允许完全耗尽，建议调整物理模型参数并验证转移特性曲线是否达到饱和状态。

GaN HEMT 器件 TCAD 仿真建模指南

在进行 GaN HEMT 器件仿真时，物理模型的选择至关重要。对于氮化镓高电子迁移率晶体管，必须启用极化模型来准确描述异质结界面的二维电子气。在 Sentaurus Device 中，需要通过 Polarization 语句开启 Spontaneous 和 Piezoelectric 选项。如果未开启此模型，沟道载流子浓度将严重偏离实际，导致仿真结果中阈值电压异常，出现无法关断的现象。同时，迁移率模型应选择适当的低场和高场迁移率模型，如 Arora 或 Philips 模型，以匹配 GaN 材料的输运特性。边界条件设置需确保欧姆接触正确，肖特基接触需定义正确的势垒高度。

耗尽型 GaN HEMT 阈值电压调控与仿真难点

耗尽型 GaN HEMT 在负栅压下无法关断通常意味着沟道未被完全耗尽。仿真中需重点检查势垒层厚度与铝组分比例。若 AlGaN 势垒层过厚或铝组分过高，极化电荷产生的 2DEG 浓度过大，栅极电场不足以耗尽沟道电子。建议在仿真结构中调整 Al 组分从 0.2 至 0.3 之间尝试，并减薄势垒层厚度。另外，栅极金属功函数直接影响阈值电压，若功函数过低，需更换高功函数金属模型。网格划分方面，异质结界面处网格步长应小于 1nm，否则会导致电荷分布计算误差，影响关断特性的准确性，造成漏电流过大。

半导体器件仿真论坛：GaN 器件收敛性问题讨论

很多用户在仿真 GaN HEMT 时遇到不收敛或电流无法关断的问题，这往往与数值方法设置有关。在求解器设置中，建议使用牛顿法并结合阻尼策略。若转移特性曲线在负栅压下不下降，检查是否开启了陷阱模型，因为表面陷阱会影响栅极控制能力。双沟道结构更为复杂，上下沟道需分别定义材料区域，确保每个界面的极化电荷方向正确。有时仿真初始猜测值不当也会导致收敛到错误解，建议先从简单的单沟道结构调试成功后再扩展至双沟道。此外，温度模型也会影响载流子浓度，常温设置下需确认本征载流子浓度参数是否符合 GaN 特性。

FAQ

仿真 GaN HEMT 必须开启极化模型吗？

是的，GaN HEMT 的 2DEG 沟道主要源于自发极化和压电极化效应，不开启会导致无沟道或浓度错误。

网格划分对仿真结果影响大吗？

影响非常大，异质结界面处网格过粗会导致电场和电荷分布计算不准，直接影响阈值电压和关断特性。

为什么 -30V 栅压还不能关断？

可能是极化电荷过多、势垒层太厚、栅极功函数不匹配或物理模型未正确设置导致沟道无法耗尽。