寬禁帶半導體晶體管——氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMTs）在高頻、高效率、高功率領域具有廣泛的應用,已經成為了國內外微波半導體器件方面的研究熱點�；贕aN HEMT建立的大信號晶體管模型是晶體管和電路的樞紐,對優(yōu)化電路設計,提高晶體管性能有指導作用。目前,發(fā)展較為成熟的晶體管模型多為經驗基模型,是以大量的擬合參數來表征晶體管的自熱、色散等特性。然而隨著工藝的不斷改進、器件的發(fā)展,亟需能指導器件工藝和結構設計的物理基大信號模型。另一個方面,微波化合物半導體芯片的成品率優(yōu)化設計一直以來是集成電路設計的難點,其主要原因是晶體管制備上工藝參數精確控制難,而在電路設計上又缺乏準確的大信號工藝統(tǒng)計模型。因此,如何建立晶體管微波特性與物理參數相關聯(lián)的物理基統(tǒng)計模型成為了微波氮化鎵電路設計和應用的關鍵。本文針對GaN HEMT開展了準物理基大信號模型和物理基統(tǒng)計模型研究,并基于統(tǒng)計模型提出了一種提高MMIC成品率的方法,主要研究內容如下:1.基于區(qū)域劃分理論的GaN HEMT準物理基大信號模型研究。對柵長為0.15μm的GaN HEMT器件,首先通過測試得到晶體管的直流I-V、多偏置下的S... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

GaNHEMT的結構示意圖

第二章GaNHEMT準物理基大信號模型研究13壓電極化兩種。在沒有外部應力情況下，晶體的正負電荷中心不重合，每個晶體產生的偶極矩疊加而形成內建電場，從而產生自發(fā)極化效應。壓電極化是在外加應力的作用下，GaN晶胞正負電荷中心分離，產生的偶極矩相互疊加，從而在晶體表面產生了極化電荷。由于GaN材料的兩種極化效應同時作用，在AlGaN/GaN異質結交界面處產生極化電荷，從而形成了2DEG，如圖2-3所示。圖2-3Ga面二維電子氣的形成機理2.2GaN晶體管模型分類晶體管模型是對晶體管物理特性的一種抽象表征方式。常用的有數值模型、經驗模型和物理基模型，下表2-2比較了常用模型的優(yōu)缺點。表2-2常用模型優(yōu)缺點比較模型類別優(yōu)點缺點參數提取難度數值模型物理意義明確可用于器件設計求解耗時難以用于電路設計很低經驗模型精度高易實現噪聲、熱電模型收斂性好可用于電路設計缺乏物理意義不能指導器件設計很高物理基模型物理意義明確可縮放可用于器件和電路設計模型方程較復雜收斂性和精度有待提高較低數值模型反應了器件參數的物理意義，基于大量的物理超越方程，難以求解具體的解析值用于電路設計中。經驗模型是基于器件的測量數據，依托等效電路結構，建立輸入輸出關系來擬合器件性能的數學模型。具有精度高、收斂性好、可用于電路設計等優(yōu)點。但

既返男⌒藕拍Ｐ褪悄Ｐ涂飪?⒌鬧匾?疤�。本秸V?⒘艘恢職??19元件的小信號等效電路模型，該小信號等效電路拓撲結構如圖2-4所示。圖中包含了不隨偏置變化的12個寄生元件（源、柵、漏極3個寄生電阻Rs、Rg、Rd和3個寄生電感Ls、Lg、Ls，pad的3個接觸電容Cgda、Cpga、Cpda，極間和空氣橋3個電容Cpgi、Cgdi、Cpdi），與偏置電壓強相關的7個本征元件（柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd、漏源電容Cds、本征區(qū)溝道電阻Ri、漏源電導Gds、跨導gm及時間延遲參數τ），且所有參數都不隨頻率變化。圖2-4GaNHEMT器件小信號模型等效電路拓撲2.3.1寄生參數的提取建立小信號模型，主要在于提取寄生和本征參數，由于寄生參數和偏置電壓無關，可先提取寄生參數，再對多偏置下S參數去嵌，進一步提取本征參數。

【參考文獻】：
博士論文
[1]微波GaN HEMT大信號模型參數提取研究[D]. 聞彰.電子科技大學 2018
[2]模擬集成電路性能參數建模及其參數成品率估計算法的研究[D]. 梁濤.西安電子科技大學 2013



本文編號：3221418