本书基于国产EDA软件Empyrean Xmodel器件模型提取工具，系统、全面地介绍硅基MOSFET和GaN HEMT的器件建模、测试分析和参数提取的设计和实验全流程。本书在简要介绍半导体器件的基本理论、测试结构和测试方案的基础上，详细阐述MOSFET BSIM模型和参数提取实验、Xmodel集成的数据图形化显示系统、MOSFET器件直流模型和射频模型的提取实验、基于ASM-HEMT模型的GaN功率器件和射频器件的模型参数提取实验等，以及半导体器件中常见的各种二阶效应（如短沟道效应、版图邻近效应、工艺角模型和温度特性等）非线性模型参数的提取和验证方法。本书力求做到理论与实践相结合，可作为高校半导体相关专业高年级本科生和研究生的教材，也可供从事半导体器件研发的工程师参考。

目录
第1章 MOSFET特性和模型\t1
1.1 MOSFET器件结构和基本工作原理\t1
1.1.1 MOSFET器件结构\t1
1.1.2 MOSFET工作原理\t2
1.2 MOSFET基本电学特性\t6
1.2.1 MOSFET直流电流电压方程\t6
1.2.2 MOSFET直流参数与温度特性\t7
1.2.3 MOSFET小信号参数\t10
1.2.4 MOSFET电容参数和C-V特性曲线\t12
1.2.5 MOSFET频率参数\t13
1.3 MOSFET的二阶效应\t14
1.3.1 背栅效应\t14
1.3.2 沟道长度调制效应\t15
1.3.3 亚阈值导电\t16
1.3.4 短沟道效应\t17
1.3.5 版图邻近效应\t22
1.4 MOSFET器件模型\t23
习题\t25
参考文献\t26
第2章 MOSFET BSIM参数提取\t27
2.1 器件模型及建模意义\t27
2.2 MOSFET建模的测试结构设计\t27
2.3 MOSFET建模的测试方案\t31
2.3.1 C-V测试\t32
2.3.2 I-V测试\t32
2.3.3 温度测试\t32
2.4 MOSFET BSIM参数提取流程\t32
2.4.1 初始化模型\t34
2.4.2 C-V和I-V参数提取\t34
2.4.3 温度模型及其他模型的建立\t36
2.4.4 工艺波动、失配和统计建模\t36
2.4.5 模型品质检验\t37
习题\t37
参考文献\t37
第3章 器件模型提参工具Empyrean Xmodel\t38
3.1 Empyrean Xmodel介绍\t38
3.2 Xmodel的基本功能和界面\t38
3.2.1 菜单栏\t39
3.2.2 工具栏\t42
3.2.3 任务栏\t42
3.2.4 拟合曲线界面\t43
3.2.5 模型面板界面\t43
3.2.6 模型参数界面\t44
3.2.7 调参界面\t44
3.2.8 仿真输出界面\t45
习题\t45
第4章 MOSFET器件特性测试平台\t46
4.1 半导体测试探针台\t46
4.2 半导体器件参数分析仪\t47
4.2.1 分析仪简介\t47
4.2.2 测试模式\t49
4.2.3 测试流程\t52
习题\t55
第5章 MOSFET器件电学特性测试\t56
5.1 MOSFET交流C-V特性测试\t56
5.2 MOSFET转移特性测试\t60
5.3 MOSFET输出特性测试\t63
5.4 超深亚微米MOSFET栅电流特性测试\t65
5.5 超深亚微米MOSFET衬底电流特性测试\t68
5.6 MOSFET温度特性测试\t70
习题\t71
参考文献\t71
第6章 MOSFET模型参数提取实验\t72
6.1 基本工艺参数和模型标记参数的设定\t72
6.2 MOSFET Cgg特性模型参数的提取\t78
6.3 MOSFET Cgc特性模型参数的提取\t80
6.4 MOSFET大尺寸Root器件直流参数的提取\t81
6.5 MOSFET短沟道效应参数的提取\t85
6.6 MOSFET窄沟道效应参数的提取\t90
6.7 MOSFET窄短沟道效应参数的提取\t92
6.8 MOSFET泄漏电流Ioff模型参数的提取\t94
6.9 MOSFET衬底电流Isub模型参数的提取\t95
6.10 MOSFET温度效应参数的提取\t96
6.11 MOSFET版图邻近效应参数的提取\t97
6.12 MOSFET Corner模型的建立及参数提取\t100
6.13 MOSFET Mismatch模型建立及参数的提取\t103
6.14 MOSFET模型报告及检查\t105
习题\t108
参考文献\t108
第7章 MOSFET射频模型参数提取\t110
7.1 MOSFET射频模型的发展历程\t110
7.2 MOSFET小信号等效电路\t111
7.3 测试环境搭建和测试方案\t116
7.3.1 矢量网络分析仪简介\t116
7.3.2 校准\t118
7.3.3 测试和提参\t118
习题\t119
参考文献\t119
第8章 基于Xmodel的MOSFET射频模型参数提取实验\t122
8.1 去嵌\t122
8.1.1 去嵌方法\t122
8.1.2 开路-短路去嵌法的步骤\t122
8.1.3 开路测试结构等效电路及参数提取\t123
8.1.4 短路测试结构等效电路及参数提取\t124
8.1.5 基于Xmodel的开路-短路去嵌步骤\t125
8.2 射频MOSFET零偏寄生参数提取\t127
8.2.1 射频MOSFET零偏寄生参数简介\t127
8.2.2 基于Xmodel的零偏寄生参数提取步骤\t128
8.3 射频MOSFET不同偏置下寄生参数的验证与优化\t135
8.3.1 不同偏置下寄生参数的提取方法\t135
8.3.2 基于Xmodel的不同偏置下寄生参数的验证与优化\t136
8.4 射频MOSFET衬底阻抗网络参数的提取\t139
8.4.1 射频MOSFET衬底阻抗网络参数的提取方法\t139
8.4.2 利用Xmodel提取衬底阻抗网络参数\t140
8.5 射频MOSFET噪声参数的提取\t141
8.5.1 噪声理论\t141
8.5.2 噪声去嵌\t142
8.5.3 噪声参数推导\t143
8.5.4 利用Xmodel提取噪声参数的步骤\t144
习题\t146
参考文献\t146
第9章 GaN HEMT及模型介绍\t147
9.1 GaN HEMT的材料特性和工作原理\t147
9.1.1 GaN异质结的材料特性\t147
9.1.2 GaN HEMT基本结构和工作原理\t148
9.2 GaN HEMT模型介绍\t149
9.2.1 GaN HEMT模型概述\t149
9.2.2 ASM-HEMT紧凑型模型的结构\t150
9.2.3 GaN HEMT的直流特性和交流特性\t152
9.3 GaN HEMT的二级效应\t155
9.3.1 夹断效应\t155
9.3.2 速度饱和效应\t155
9.3.3 栅极电流\t156
9.3.4 非理想亚阈值斜率效应\t156
9.3.5 沟道长度调制效应\t157
9.3.6 DIBL效应\t157
9.3.7 陷阱效应\t158
9.3.8 温度特性\t158
习题\t160
参考文献\t160
第10章 基于Xmodel的GaN HEMT功率模型参数提取实验\t161
10.1 GaN HEMT功率器件建模测试方案\t161
10.1.1 直流特性测试\t161
10.1.2 电容-电压特性测试\t162
10.1.3 温度特性测试\t162
10.2 基于ASM-HEMT模型的I-V参数提取\t162
10.2.1 基本工艺参数和模型控制参数的设置\t162
10.2.2 线性区转移特性的拟合\t167
10.2.3 饱和区电流特性的拟合\t172
10.2.4 栅极电流特性的拟合\t175
10.3 基于ASM-HEMT模型的电容参数提取\t177
10.3.1 GaN HEMT栅电容特性参数的提取\t177
10.3.2 GaN HEMT输出电容特性参数的提取\t185
10.4 基于ASM-HEMT模型的温度特性参数提取\t187
10.4.1 GaN HEMT环境温度效应参数的提取\t187
10.4.2 GaN HEMT自热效应参数的提取\t190
习题\t191
参考文献\t191
第11章 基于Xmodel的GaN HEMT射频模型参数提取实验\t193
11.1 GaN HEMT射频器件建模测试方案\t193
11.2 基于ASM-HEMT模型的DC参数提取\t194
11.2.1 GaN HEMT射频器件和功率器件的区别\t194
11.2.2 GaN HEMT的DC参数提取\t195
11.3 基于ASM-HEMT模型的S参数模型提取\t198
11.3.1 寄生参数初值的提取\t198
11.3.2 GaN HEMT的S参数提取\t200
11.4 基于ASM-HEMT模型的非线性大信号模型参数提取\t209
11.4.1 自热效应大信号模型\t209
11.4.2 陷阱效应模型\t210
11.4.3 负载牵引测试\t211
习题\t212
参考文献\t212