【摘要】：隨著毫米波段電路在軍事、太空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,InP基高電子遷移率晶體管(HEMT)由于具有電子遷移率高,適用頻率范圍廣,噪聲系數(shù)低,功率增益高等特點,已經(jīng)成為毫米波單片集成電路設(shè)計領(lǐng)域的重點研究對象。本論文針對InP基HEMT器件的小信號模型建立進(jìn)行了研究,主要的研究內(nèi)容如下：首先,詳細(xì)介紹了HEMT器件的基本工作原理,說明了器件的直流和交流特性。介紹了傳統(tǒng)場效應(yīng)管小信號模型,并根據(jù)本論文討論的HEMT器件特性進(jìn)行修改優(yōu)化,使其能夠更好的反映器件性能。在傳統(tǒng)場效應(yīng)管小信號模型的基礎(chǔ)上,增加了表示柵極漏電流的電阻Rg,和Rga提高了小型號模型的準(zhǔn)確性。其次,從HEMT器件的外延結(jié)構(gòu)入手,通過TCAD仿真軟件對器件內(nèi)部物理特性進(jìn)行仿真,主要對器件能帶結(jié)構(gòu)和二維電子氣濃度進(jìn)行了對比,從而選擇性能更優(yōu)良的外延結(jié)構(gòu)。之后,介紹了InP基HEMT器件的基本工藝流程,利用中科院微電子所四室微波集成電路工藝線的工藝流程,制備出性能穩(wěn)定的HEMT器件。介紹了器件直流交流各項特性參數(shù)的測試方法。測試平臺是由Cascade半自動探針臺、Agilent公司出品的8363PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行組成。測試偏置點的設(shè)置是由IC-CAP測試軟件控制。對制備出的InP基HEMT器件進(jìn)行測試,測試得到最大跨導(dǎo)值為1064mS/mm,截止頻率fT=196.8GHz,最大震蕩頻率fmax=456GHz。最后,本論文詳細(xì)介紹了InP HEMT器件小信號模型參數(shù)的提取和建模過程。介紹了模型本征參數(shù)和寄生參數(shù)的不同提取方法。首先提取寄生參數(shù)。從IC-CAP測試軟件中導(dǎo)出在特定偏置下的S參數(shù)測試值,利用ADS2009中的控件進(jìn)行寄生參數(shù)算法的計算。不同寄生參數(shù)的計算算法有很多種,本文對比了不同寄生參數(shù)的計算算法,闡述各個算法的優(yōu)缺點,選擇適合本論文器件的算法,計算出相應(yīng)的寄生參數(shù)值。其中,提取寄生電阻是難點。本文采用創(chuàng)新的直流Yang-Long提取法和COLD-FET提取法相結(jié)合的方式進(jìn)行寄生參數(shù)的提取。這種方法能夠精確而又簡便的提取計算寄生電阻值,并且克服了傳統(tǒng)方法提取電阻經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)值的缺點。之后,進(jìn)行本征部分參數(shù)的提取。先將測試所得的S參數(shù)進(jìn)行去嵌處理,除去寄生參數(shù)的影響。再根據(jù)優(yōu)化后的小信號等效電路,通過去嵌后的Y參數(shù)計算出各個本征參數(shù)值。小信號模型的建立就是將提取出的所有參數(shù)值帶入到小信號等效電路中。最后,對所建立的小信號模型進(jìn)行S參數(shù)的仿真,并與實際器件測試的S參數(shù)結(jié)果進(jìn)行擬合。經(jīng)過仿真擬合發(fā)現(xiàn),兩者曲線擬合良好,說明本論文討論的提參方法與優(yōu)化后的小信號模型能夠表征實際制備的HEMT器件的小信號特性。器件小信號模型和建模方法的準(zhǔn)確性得到了驗證。綜上,本論文對InP HEMT器件的外延層進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,并對制造工藝進(jìn)行了分析研究,在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際制造的器件特性建立了InP基HEMT完整地小信號模型。在器件建模中,補(bǔ)充了本征等效電路元件,改進(jìn)了寄生參數(shù)提取方法,模型仿真結(jié)果和器件實測數(shù)據(jù)擬合較好,對以后的器件設(shè)計和集成電路設(shè)計具有良好的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值。
【圖文】：

邐５巨１１逡逑ｆｒｅｑ．邋Ｈｚ逡逑圖３．邋口邋ＨＥＭＴ器件的頻率特性逡逑■邐■邐如圖所示，測得上一節(jié)中所制備的ＨＥＭＴ器件在偏置點的頻率特性。測試逡逑范圍從０．１Ｇ此到４０ＧＨｚ，間隔為ｌＯＯＭＨｚ。圖中，NB■由曲線Ａ，邋Ｗ－２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ逡逑斜率進(jìn)行外推得到Ａ邋＝邋１９６．８Ｇ／／Ｚ邋；邋／胃是由ＭＳＧ／ＭＡＧ曲線先Ｗ－ｌＯｄＢ／ｄｅｃａｄｅ斜逡逑率外推至４０ＧＨｚ的焦點，再Ｌ＾－２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ斜率外推得到／胃＝４５６Ｇ／／Ｚ。逡逑在實際應(yīng)用中，器件的可靠性是衡量系統(tǒng)長期可靠性的重要因素。ＩｎＰ材料逡逑非常敏感，暴露在空氣中容易變性。上一節(jié)制作器件的柵槽表面回暴露在空氣中逡逑會受到污染會對溝道中的電子輸運造成影響。因此，為了增加器件的穩(wěn)定性本文逡逑用ＳｉＮ介質(zhì)對器件進(jìn)行鐘化保護(hù)。圖３．邋１３為肥ＭＴ器件純化后的ＳＥＭ圖：圖３．邋１４逡逑為器件純化后／？＾最大點

圖４．６邋ＡＤＳ軟件計算測試值Ｚ參數(shù)的實數(shù)部逡逑通過Ｗ上方程發(fā)現(xiàn)有四個未知數(shù)但方程只有Ｈ個，，因此需要利用其它方法列逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

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本文編號：2556555