本发明涉及太空辐照下gan基半导体器件的电磁仿真技术，特别是一种gan hemt器件辐照效应的分析方法。
背景技术：
1、我国在航空航天领域发展迅猛，在太空辐射环境中电子器件的应用需求日益增长。电子设备中的半导体器件在太空辐射环境中高能粒子的辐照作用下容易导致器件性能退化甚至失效。为适应在航空航天领域对先进半导体器件日益增长的要求，半导体器件在向着更小体积、更低功耗、更高质量方向发展的同时，对器件的抗辐照能力要求也在不断提高。因此针对gan基半导体器件，使用数值方法分析半导体器件电学特性退化情况具有重要意义。
2、使用数值方法分析太空辐照引起的半导体器件电学特性退化问题，具有突出的优势且十分必要。通过理论分析、数值仿真、实验测试三者相结合，可以对太空辐照引起的半导体器件电学特性退化问题进行系统的分析，从而揭示半导体器件退化机理和器件性能退化规律。从实际应用的角度出发，对于实验环境要求高、测试难度大的实验，通过数值仿真可以对结果进行预测，从而总结变化规律，由此可以缩短设计研发周期，节约实验成本。
3、为了揭示半导体器件电学特性退化规律，采用不同高能粒子照射gan hemt器件。在文献1.luo b,johnson j w,ren f,et al,"dc and rf performance of proton-irradiated algan/gan high electron mobility transistors."applied physicsletters,vol.79,no.14,pp.2196-2198,2001，发现质子辐照后器件阈值电压负向漂移，饱和漏电流和跨导下降约30％，并说明是高辐射剂量感生的深能级电子陷阱的载流子去除效应引起。如文献2.lee d.s.,and chan c.y.,"oxide charge accumulation in metaloxide semiconductor devices during irradiation."journal of appliedphysics,vol.69,no.10,pp.7134-7141,1991,发现中子辐照剂量达到1014cm-2时algan/gan异质结界面二维电子气迁移率开始下降，当辐照剂量大于2.5×1016cm-2时二维电子气浓度下降趋势显著加快，说明了二维电子气浓度与辐照剂量不是单调关系。如文献3.sehra,khushwant,et al."investigation ofsinx passivated dual field plate algan/gan hemts onsilicon carbide and sapphire substrates under radiation environment."silicon,pp.1-14,2023，用x射线照射有si3n4钝化层的gan hemt器件，发现钝化层中也会感生大量缺陷。现有数值模型多是等效模型，数值计算方法较少，且不能观察器件内部瞬态的粒子及缺陷分布。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种gan hemt器件辐照效应的分析方法，分别讨论极化电荷密度、表面态浓度及势垒层中陷阱电荷密度对器件电学特性的影响，可以准确计算ganhemt电学特性退化情况，揭示器件性能退化规律，为开展抗辐照加固器件新结构和新工艺研究提供了重要的理论支撑。
2、本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
3、一种gan hemt器件辐照效应的分析方法，包括步骤如下：
4、步骤一：采用曲六面体对gan hemt器件模型进行剖分，得到模型的结构网格信息，包括六面体的单元编号和节点物理坐标；
5、步骤二：基于网格，从包含电子连续性方程、空穴连续性方程和泊松方程的半导体漂移-扩散方程组出发，在电流连续性方程中引入辐照引起的电子空穴对产生复合项，建立gan hemt器件辐照效应模型方程组并归一化，并设计gan hemt器件辐照效应模型的边界条件；
6、步骤三：对建立的gan hemt器件辐照效应模型方程组用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开，强加边界条件并导入初值；
7、步骤四：利用牛顿迭代法求解步骤三得到的gan hemt器件辐照效应模型方程组，在迭代过程中满足收敛条件及稳定性条件后求得不同节点电子浓度、空穴浓度和电势，根据电流密度方程计算出不同电极处电流。
8、进一步地，所述步骤二中归一化后的gan hemt器件辐照效应模型方程组为：
9、
10、
11、
12、式中，n表示电子浓度，p表示空穴浓度，φn表示电子费米势指数项，φp表示空穴费米势指数项，表示电势，γ表示净掺杂浓度，μn、μp分别表示电子和空穴迁移率，g-r表示电子空穴对产生复合项，ε1表示gan材料的介电常数，ε2表示algan材料的介电常数。
13、进一步地，所述电子空穴对产生复合项g-r为：
14、
15、式中，τn和τp分别为电子和空穴的寿命。
16、进一步地，所述步骤二中设计ganhemt器件辐照效应模型的边界条件包括：对于器件的外表面、源极、漏极和底部边界设为欧姆接触边界条件，栅极设为肖特基接触边界条件，器件的侧面、栅源间隔区和栅漏间隔区默认是浮置边界条件。
17、进一步地，所述步骤三中ganhemt器件辐照效应模型方程组的电子连续性方程用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开后为：
18、
19、式中，φnm-1、φpm-1代表前一时刻的电子、空穴浓度，φnm、φpm代表当前时刻的电子、空穴浓度，vn是电子的表面复合速度，vn1表示gan材料一侧电子的表面复合速度，vn2表示algan材料一侧电子的表面复合速度，χ1、χ2分别为gan和algan的电子亲和势，第一项面积分区域为栅极肖特基外表面s肖特基，a在栅极肖特基面上等于1，其他区域等于0；第二项面积分区域为algan/gan异质结面s交界面，b在此面上等于1，其他区域等于0；对于后面3个体积分，所有区域正常求解；m为两种本征载流子浓度的比值，gan材料中，
20、进一步地，所述步骤三中gan hemt器件辐照效应模型方程组的空穴连续性方程用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开后为：
21、
22、式中，φnm-1、φpm-1代表前一时刻的电子、空穴浓度，φnm、φpm代表当前时刻的电子、空穴浓度，vp是空穴的表面复合速度，vp1表示gan材料一侧空穴的表面复合速度，vp2表示algan材料一侧空穴的表面复合速度，eg1、eg2分别为gan和algan的势垒，τn和τp分别为电子和空穴的寿命。
23、进一步地，对于algan材料，所述m＝1。
24、进一步地，所述步骤三中ganhemt器件辐照效应模型方程组的泊松方程用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开后为：
25、
26、式中，c为gan与algan介电常数的比值，由于选取的是algan的归一化因子，所以在gan中而在algan中c＝1，ρs为引入的表面电荷密度。
27、进一步地，所述步骤三得到的gan hemt器件辐照效应模型方程组的耦合形式为：
28、
29、进一步地，所述步骤四中电流密度方程为：
30、
31、其中，表示电势，为位移电流，jn、jp分别为电子浓度和空穴浓度。
32、本发明与现有技术相比，其显著优点为：
33、(1)本发明提及的方法是一种gan hemt器件辐照效应分析方法，与实验相比，该数值模型可以自由调整和控制不同参数，节约大量的资源成本和时间；
34、(2)现有辐照效应数值模型较少且多是单一模型，而本发明分别探讨极化电荷密度、表面态浓度及势垒层中陷阱电荷密度对器件电学特性的影响更贴合实际情况，计算结果更加准确；
35、(3)本发明所使用的时域谱元法采用曲六面体剖分，建模灵活，剖分方便，使用特定的正交多项式作为基函数，随着多项式阶数的提高，计算误差将呈指数下降。
1.一种gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤二中归一化后的gan hemt器件辐照效应模型方程组为：
3.根据权利要求2所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述电子空穴对产生复合项g-r为：
4.根据权利要求2所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤二中设计gan hemt器件辐照效应模型的边界条件包括：对于器件的外表面、源极、漏极和底部边界设为欧姆接触边界条件，栅极设为肖特基接触边界条件，器件的侧面、栅源间隔区和栅漏间隔区默认是浮置边界条件。
5.根据权利要求2所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤三中gan hemt器件辐照效应模型方程组的电子连续性方程用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开后为：
6.根据权利要求5所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤三中gan hemt器件辐照效应模型方程组的空穴连续性方程用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开后为：
7.根据权利要求6所述的ganhemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，对于algan材料，所述m＝1。
8.根据权利要求6所述的ganhemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤三中ganhemt器件辐照效应模型方程组的泊松方程用后向欧拉法进行时间差分，利用gll测试基函数以及展开基函数在整个求解区域上进行伽辽金测试并展开后为：
9.根据权利要求8所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤三得到的gan hemt器件辐照效应模型方程组的耦合形式为：
10.根据权利要求1所述的gan hemt器件辐照效应的分析方法，其特征在于，所述步骤四中电流密度方程为：
