由于具有高功率密度、耐高温高压等优异特性,近年来,氮化镓高电子迁移率晶体管一直受到各国的特别关注,得到了重点发展并取得显著的进步,在下一代移动通信以及航空航天等领域被广泛应用。为了表征Ga N HEMT器件的输出特性以及指导电路...
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由于具有高功率密度、耐高温高压等优异特性,近年来,氮化镓高电子迁移率晶体管一直受到各国的特别关注,得到了重点发展并取得显著的进步,在下一代移动通信以及航空航天等领域被广泛应用。为了表征Ga N HEMT器件的输出特性以及指导电路的设计,有必要建立准确的器件模型。与此同时,随着器件工艺的持续发展,对模型的要求也一直在提高,因此需要不断地研究更新Ga N HEMT模型。作为器件模型的核心,漏极电流方程是目前建模领域的研究重点。针对Ka波段Ga N HEMT器件大信号模型的建立,本文研究内容如下:*** HEMT小信号模型研究。为了后续的大信号建模,本文首先基于19元件小信号模型拓扑网络针对Ga N HEMT器件提取了寄生参数与本征参数,之后在仿真软件中建立了小信号模型,其对频率在40 GHz以内器件的小信号S参数的表征精度达到了95%,从而验证了小信号模型的正确性。*** HEMT经验基大信号模型研究。针对传统模型很少关注到Ga N HEMT器件非线性特性从而无法适应高线性器件模型需求的问题,本文首先提出了一种考虑色散效应的经验基电流模型,其次将对器件高阶跨导的验证引入到建模流程中,利用新的方法优化模型参数,有效地提升了器件线性度的仿真精度。紧接着建立了非线性电容模型。最后,对比了测试值与大信号模型的仿真值,其对Ga N HEMT器件三阶交调特性的预测误差在2 d Bc以内。此外,该模型对S参数及大信号输出特性的预测精度在90%以上,负载牵引的模拟效果也比较好。*** HEMT准物理基大信号模型研究。针对经验基电流模型缺乏明确物理意义的问题,本文提出了一种基于调和平均值的准物理基电流模型。该电流模型在饱和区使用了具有明确物理意义的萨支唐方程,而在线性区则使用了经验方程,并通过引入调和平均值将两个区域的电流方程合并成统一的表达式。然后,分别用脉冲电流及直流电流的测试数据对该电流模型进行了验证,模型可以很好地表征Ga N HEMT器件的电流输出特性。最后,建立了大信号模型,并准确地模拟了Ga N HEMT器件的大信号输出特性,进一步体现该电流模型的正确性。
随着5G时代的火热袭来,具有良好高频、低噪声以及低损耗特性的Ga As基p HEMT器件,在5G基站中高频功率放大器方向发挥着明显的优势。通过半导体器件建模技术,能够准确表征Ga As p HEMT的电学特性,指导其工艺结构优化以及提高产品的良率。...
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随着5G时代的火热袭来,具有良好高频、低噪声以及低损耗特性的Ga As基p HEMT器件,在5G基站中高频功率放大器方向发挥着明显的优势。通过半导体器件建模技术,能够准确表征Ga As p HEMT的电学特性,指导其工艺结构优化以及提高产品的良率。对Ga As p HEMT而言,目前行业内基本只有经验基模型对其表征。相对而言,物理基模型从器件载流子运输机理出发,结合能级理论、泊松方程等对器件特性进行表征,参数较少且高阶导数收敛性和模型的扩展性较好。在5G通信对功率器件高线性度和高输出功率等的严格要求下,亟需一套物理基大信号模型对Ga As p HEMT进行建模。本文基于表面势ASM模型的内核方程,开发针对Ga As p HEMT的物理基电流和电荷模型,主要内容如下:（1）简单介绍了Ga As材料的优势以及Ga As p HEMT的结构组成、工作原理和基本的电学特性。基于射频在片测试技术,研究了Ga As p HEMT的小信号和大信号测试系统和流程。（2）详细推导了表面势ASM模型的核心表面势方程,更加深入地理解了表面势模型的底层原理,为后文基于表面势理论为Ga As p HEMT建立物理基的大信号模型提供了强有力的理论支撑。（3）基于ASM模型的内核表面势方程开发出Ga As p HEMT的物理基大信号模型。提出了大信号的拓扑结构和小信号模型参数提取方法,分析了表面势基Ga As p HEMT大信号模型的开发机制。结合国内某0.5um工艺线提供的器件实测数据,详细阐述了大信号模型的参数提取流程。（4）对表面势基Ga As p HEMT大信号模型进行了小信号S参数和非线性功率特性的验证,并建立了0.5um工艺下表面势基Ga As p HEMT的尺寸可缩放模型。结果表明,本文所提出的表面势基大信号模型在0.025-40.025GHz频段内具有良好的精度、三阶以内的高阶收敛性以及灵活的可扩展性,并且满足器件最大输出功率等非线性指标。
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