【摘要】：隨著電子信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展,半導(dǎo)體器件作為硬件電路的關(guān)鍵要素,在幾十年的發(fā)展歷程中歷經(jīng)了三代的演變。作為第三代半導(dǎo)體器件的代表,氮化鎵功率器件具備優(yōu)異的禁帶寬度、良好的導(dǎo)熱性和超高的電子遷移速率等特性。但由于氮化鎵功率器件的阻抗偏低,在實(shí)際測試時會因?yàn)槎丝诜瓷溥^大而影響測量結(jié)果,因此準(zhǔn)確有效地測量大功率半導(dǎo)體器件的特性參數(shù)是相應(yīng)研究工作的關(guān)鍵。本課題主要研究大功率半導(dǎo)體器件寬阻抗范圍和高精度的測試方法,該方法利用測試夾具在實(shí)現(xiàn)傳輸信號和固定被測器件作用的同時,還實(shí)現(xiàn)了一定程度的阻抗預(yù)匹配作用,旨在解決氮化鎵功率器件輸入輸出端口阻抗過低導(dǎo)致的失配問題,將測試系統(tǒng)中50Ω的阻抗值轉(zhuǎn)換到被測件輸入輸出阻抗值附近,這樣不但擴(kuò)展了測試系統(tǒng)的阻抗測試范圍,還提高了測試系統(tǒng)的測量精度。本文通過對比多種阻抗轉(zhuǎn)換方案,最終選擇了基于阻抗?jié)u變線的方案來設(shè)計測試夾具,搭建相應(yīng)的測試系統(tǒng),研究相應(yīng)的測量方法,并結(jié)合ADS軟件的仿真結(jié)果,驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性和可行性。網(wǎng)絡(luò)分析儀是S參數(shù)測試系統(tǒng)中最核心的儀器設(shè)備,而基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試系統(tǒng)會不可避免的產(chǎn)生由于儀器、線纜和測試夾具不理想特性所導(dǎo)致的測量誤差。對此,本文研究了基于12項(xiàng)誤差模型的SOLT校準(zhǔn)法和基于8項(xiàng)誤差模型的TRL校準(zhǔn)法,旨在消除實(shí)際測試時產(chǎn)生的各項(xiàng)誤差。在傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法的研究基礎(chǔ)之上,本文提出了適用于寬阻抗高精度測試方法的夾具去嵌入技術(shù)和校準(zhǔn)方法,設(shè)計了測試夾具和相關(guān)校準(zhǔn)件,測量求解了測試夾具的S參數(shù),最終利用寬阻抗高精度測試方法提取到氮化鎵功率器件的S參數(shù),并對比分析了測量結(jié)果。本課題來源于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目—微波大功率半導(dǎo)體芯片熱態(tài)參數(shù)綜合測試儀。本文通過對寬阻抗高精度測試方法的研究討論、仿真驗(yàn)證和實(shí)際測試,實(shí)現(xiàn)了以氮化鎵功率器件為代表的大功率半導(dǎo)體器件的寬阻抗范圍和高精度測試,解決了大功率半導(dǎo)體器件測試過程中普遍存在阻抗偏低導(dǎo)致的測量誤差較高、測試阻抗范圍不足等問題,為大功率半導(dǎo)體器件的測試提供了新的思路和新的方法,同時也為超大功率和超高頻率的功率放大器設(shè)計奠定了相應(yīng)的研究基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 為科銳（CREE）公司最新研制的大功率半導(dǎo)體器件 CGH40120F 的其作為一款基于氮化鎵材料的功率放大器，具有相當(dāng)優(yōu)異的性能，輸出功率 120W。從圖 1.1 中不難發(fā)現(xiàn)，該功率器件輸入端口的反射系數(shù)約等于 1，全反射狀態(tài)，輸出端口的反射系數(shù)也很大。在實(shí)際測量該半導(dǎo)體器件特性參測試儀器的測量精度和區(qū)分度的要求就會變得極為嚴(yán)苛，如果測試儀器的測區(qū)分度不足，利用傳統(tǒng)的測量方法勢必會產(chǎn)生較大的測量誤差。針對大功率半導(dǎo)體器件的這一突出問題，本文將提出一種新型大功率半導(dǎo)體試方法，該方法能實(shí)現(xiàn)對大功率半導(dǎo)體器件寬阻抗范圍和高精度的測試。該測試夾具在實(shí)現(xiàn)固定被測器件（DUT）作用的同時，也能實(shí)現(xiàn)一定的阻抗轉(zhuǎn)將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的 50 Ω 端口阻抗轉(zhuǎn)換到與大功率半導(dǎo)體器件輸入阻抗和相近的一個阻抗值，從而減小測試系統(tǒng)和被測器件之間的失配問題，提高測擴(kuò)展測試儀器的阻抗測試范圍。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

.2.1 氮化鎵功率器件的研究現(xiàn)狀外對于第三代半導(dǎo)體材料的研究起步較早，其研究也多以氮化鎵材料為率器件的研究最早可以追溯到 1993 年，，在這一年，Khan M A、Kuznirai A R 等人成功研制出了第一個具有穩(wěn)定直流工作點(diǎn)的氮化鎵高電子遷HEMT）[4]；1996 年，WuY．F、KellerB．R、KellerS 等人成功研制出了鎵場效應(yīng)管，其輸出功率附加效率（PAE）超過了 18%[5]；到了 1999 所示，在 XuJ．J、WuYF、KellerS 等人的努力下，成功研制出了全球GaN／GaN 的高電子遷移率晶體管，他們還利用這個晶體管設(shè)計出了寬，這款功率放大器在實(shí)現(xiàn)了頻率范圍從 1GHz 到 8GHz 全覆蓋的同時，B 的小信號增益[6]；隨后在 2000 年，科銳公司的 S．T．Sheppard、W.L制出了歷史上首個基于 GaN/AlGaN 高電子遷移率晶體管的功率放大器體集成于單片微波集成電路中，實(shí)現(xiàn)了在 10GHz 下接近 11dB 的信號增超過 40W，獲得了業(yè)界的一致贊許[7]。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN303

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本文編號：2673849