GaN HEMT器件的模型研究.pdf

1、寬禁帶半導(dǎo)體GaN材料具有大禁帶寬度、高電子飽和速度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)及電子遷移率等優(yōu)異特性?；诘壊牧系腉aN HEMT器件在大電流、高功率、高頻的應(yīng)用中具有極大的發(fā)展前景，成為了微波/毫米波功率器件和電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。精確的器件模型可提高電路設(shè)計(jì)效率，降低成本，對(duì)器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要的研究意義。GaN HEMT器件主要工作于大信號(hào)狀態(tài)，其非線性大信號(hào)模型是本文研究的核心內(nèi)容。
　　本文詳細(xì)分析了三種經(jīng)典大信號(hào)模型(Ang

2、elov-GaN模型、EEHEMT模型、Curtice3模型)的方程結(jié)構(gòu)和部分參數(shù)的物理含義，歸納總結(jié)各模型的特點(diǎn)和不足，并提出一種改進(jìn)的大信號(hào)等效電路模型。該模型適用于增強(qiáng)型和耗盡型GaN HEMT器件。模型溝道電流方程和柵電荷方程均連續(xù)且高階可導(dǎo)，柵電荷模型滿足電荷守恒規(guī)律。該溝道電流模型可較準(zhǔn)確的模擬GaN HEMT器件不同區(qū)域的直流特性。器件的自熱效應(yīng)、電流崩塌效應(yīng)和跨導(dǎo)頻率分布效應(yīng)在模型中也予以考慮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，模型仿真和測(cè)

3、試數(shù)據(jù)在較寬的偏壓和頻率范圍內(nèi)吻合較好。
　　小信號(hào)模型是非線性大信號(hào)模型在靜態(tài)偏置點(diǎn)上的線性等效，是大信號(hào)建模的重要環(huán)節(jié)。有效的GaN HEMT器件小信號(hào)建模是本文研究的重要內(nèi)容。模型參數(shù)的準(zhǔn)確提取對(duì)小信號(hào)建模至關(guān)重要，本文總結(jié)了模型參數(shù)的分步提取方法。改進(jìn)的小信號(hào)等效電路模型精度高，參數(shù)提取簡(jiǎn)易，實(shí)用性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的小信號(hào)模型精度比傳統(tǒng)的15參數(shù)小信號(hào)模型精度提高了20％~30%倍。主要研究工作如下：
　　(1

4、)詳細(xì)介紹GaN HEMT器件及其模型的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡述GaN HEMT器件的工作機(jī)制及其大/小信號(hào)模型的基本概念和類(lèi)型。
　　(2)介紹三種經(jīng)典大信號(hào)模型的方程結(jié)構(gòu)和參數(shù)意義，分別對(duì)增強(qiáng)型和耗盡型GaN HEMT器件進(jìn)行大信號(hào)建模，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果?；谠撗芯砍晒?，提出一種改進(jìn)的GaN HEMT器件大信號(hào)等效電路模型。
　　(3)提出一種適用于GaN HEMT器件的小信號(hào)等效電路模型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和樣品器件，選擇合