微波GaN HEMT功率器件物理基大信號模型研究
發(fā)布時(shí)間：2021-01-12 00:51
為了滿足通訊系統(tǒng)日益增長的性能指標(biāo),亟需研發(fā)更加強(qiáng)大的微波功率器件。用GaN材料制作的高電子遷移率晶體管（HEMT）,因其高頻率、高功率、高效率等特性,被廣泛應(yīng)用于微波電路之中。而半導(dǎo)體器件模型向下承接器件的工藝生產(chǎn),可提高工藝水平,向上承接器件的電路設(shè)計(jì),可縮短設(shè)計(jì)周期,是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的關(guān)鍵部分,所以針對GaN HEMT器件建立準(zhǔn)確的模型是非常有意義的。目前,針對GaN HEMT的經(jīng)驗(yàn)基模型已經(jīng)有許多報(bào)道,但經(jīng)驗(yàn)基模型包含大量經(jīng)驗(yàn)參數(shù),且缺乏物理意義,不能指導(dǎo)器件設(shè)計(jì)。因此需要建立物理基大信號模型,建立器件微波特性與物理參數(shù)的直接聯(lián)系。本文研究內(nèi)容包括:基于區(qū)域劃分的GaN HEMT物理基大信號模型研究:以小信號等效電路建模為起點(diǎn),基于區(qū)域劃分大信號模型理論,對柵長為0.25μm,柵寬10?125μm的微波GaN HEMT功率器件,建立了物理基大信號模型,并建立了一套完整的微波GaN HEMT物理基模型參數(shù)提取流程。對比仿真與實(shí)測結(jié)果,物理基大信號模型的誤差控制在15%以內(nèi),證明了基于區(qū)域劃分的物理基大信號模型具有高精度,并有良好的工程應(yīng)用性。具有縮放效應(yīng)的GaN HE...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
GaNHEMT器件的基本結(jié)構(gòu)[31]
第二章微波GaNHEMT基本原理與模型分類11間形成了異質(zhì)結(jié)，其能帶圖如圖2-2所示。由于形成異質(zhì)結(jié)的不同介質(zhì)的兩面出現(xiàn)了導(dǎo)帶不連續(xù)現(xiàn)象，GaN那面的禁帶寬度會小于AlGaN的禁帶寬度，導(dǎo)致電子親和能不同，結(jié)果電子從N型摻雜的AlGaN層中向GaN層中轉(zhuǎn)移，會在GaN表面形成三角形的電子勢阱，轉(zhuǎn)移到未摻雜GaN層中的電子在異質(zhì)結(jié)的三角形勢阱中形成二維電子氣（2DEG）。圖2-2GaNHEMT能帶結(jié)構(gòu)示意圖對于GaNHEMT器件而言，極化效應(yīng)不可忽視。由于形成機(jī)理的不同，極化效應(yīng)可分為自發(fā)極化PSP和壓電極化PPE兩種方式，在它們的共同作用下，形成了二維電子氣（2DEG），如圖2-3所示。自發(fā)極化通常出現(xiàn)在三五族化合物共價(jià)鍵中，主要是由于非對稱纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN，其氮原子的最外層沒有電子，在原子核的吸引下，與外部電子形成強(qiáng)庫侖力。壓電極化來源于器件的應(yīng)力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常數(shù)一般不同，容易導(dǎo)致晶格失配[34]。(a)(b)圖2-3氮化鎵的晶體結(jié)構(gòu)和極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理。(a)鎵面和氮面的氮化鎵晶體結(jié)構(gòu);(b)極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理通常來講，勢壘層中的施主雜質(zhì)電離出載流子，是在異質(zhì)結(jié)交界處形成二維電子氣（2DEG）的主要來源。但是由于GaNHEMT器件的極化效應(yīng)不可忽視，在自發(fā)極化和壓電極化的作用下，可在AlGaN/GaN交界處產(chǎn)生足夠的極化電荷，從而產(chǎn)生二維電子氣（2DEG）。極化電荷的濃度足夠大，因此可以不依賴勢壘層中施主雜質(zhì)電離出的載流子，即可以實(shí)現(xiàn)勢壘層非摻雜。另外，GaNHEMT在柵
第二章微波GaNHEMT基本原理與模型分類11間形成了異質(zhì)結(jié)，其能帶圖如圖2-2所示。由于形成異質(zhì)結(jié)的不同介質(zhì)的兩面出現(xiàn)了導(dǎo)帶不連續(xù)現(xiàn)象，GaN那面的禁帶寬度會小于AlGaN的禁帶寬度，導(dǎo)致電子親和能不同，結(jié)果電子從N型摻雜的AlGaN層中向GaN層中轉(zhuǎn)移，會在GaN表面形成三角形的電子勢阱，轉(zhuǎn)移到未摻雜GaN層中的電子在異質(zhì)結(jié)的三角形勢阱中形成二維電子氣（2DEG）。圖2-2GaNHEMT能帶結(jié)構(gòu)示意圖對于GaNHEMT器件而言，極化效應(yīng)不可忽視。由于形成機(jī)理的不同，極化效應(yīng)可分為自發(fā)極化PSP和壓電極化PPE兩種方式，在它們的共同作用下，形成了二維電子氣（2DEG），如圖2-3所示。自發(fā)極化通常出現(xiàn)在三五族化合物共價(jià)鍵中，主要是由于非對稱纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN，其氮原子的最外層沒有電子，在原子核的吸引下，與外部電子形成強(qiáng)庫侖力。壓電極化來源于器件的應(yīng)力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常數(shù)一般不同，容易導(dǎo)致晶格失配[34]。(a)(b)圖2-3氮化鎵的晶體結(jié)構(gòu)和極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理。(a)鎵面和氮面的氮化鎵晶體結(jié)構(gòu);(b)極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理通常來講，勢壘層中的施主雜質(zhì)電離出載流子，是在異質(zhì)結(jié)交界處形成二維電子氣（2DEG）的主要來源。但是由于GaNHEMT器件的極化效應(yīng)不可忽視，在自發(fā)極化和壓電極化的作用下，可在AlGaN/GaN交界處產(chǎn)生足夠的極化電荷，從而產(chǎn)生二維電子氣（2DEG）。極化電荷的濃度足夠大，因此可以不依賴勢壘層中施主雜質(zhì)電離出的載流子，即可以實(shí)現(xiàn)勢壘層非摻雜。另外，GaNHEMT在柵
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ka波段GaN HEMT功率器件[J]. 廖龍忠,張力江,孫希國,何先良,崔玉興,付興昌. 半導(dǎo)體技術(shù). 2015(07)
[2]0.15μm柵長Ka波段GaN功率HEMT器件[J]. 周建軍,董遜,孔岑,孔月嬋,李忠輝,陳堂勝,陳辰. 固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2012(01)
[3]GaN微電子器件的研究進(jìn)展[J]. 呂曼,司曉琨,楊立軍. 河北省科學(xué)院學(xué)報(bào). 2011(01)
[4]非摻雜AlGaN/GaN微波功率HEMT[J]. 陳堂勝,焦剛,薛舫時(shí),曹春海,李拂曉. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2004(01)
[5]Au-AlGaN/GaN HFET研制與器件特性[J]. 張錦文,閆桂珍,張?zhí)?王瑋,寧寶俊,武國英. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2002(04)
博士論文
[1]微波GaN HEMT大信號模型參數(shù)提取研究[D]. 聞?wù)?電子科技大學(xué) 2018
[2]微波毫米波GaN HEMT大信號模型研究[D]. 汪昌思.電子科技大學(xué) 2016
碩士論文
[1]微波GaN HEMT物理基大信號模型參數(shù)提取方法研究[D]. 張佳琪.電子科技大學(xué) 2019
本文編號：2971806
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
GaNHEMT器件的基本結(jié)構(gòu)[31]
第二章微波GaNHEMT基本原理與模型分類11間形成了異質(zhì)結(jié)，其能帶圖如圖2-2所示。由于形成異質(zhì)結(jié)的不同介質(zhì)的兩面出現(xiàn)了導(dǎo)帶不連續(xù)現(xiàn)象，GaN那面的禁帶寬度會小于AlGaN的禁帶寬度，導(dǎo)致電子親和能不同，結(jié)果電子從N型摻雜的AlGaN層中向GaN層中轉(zhuǎn)移，會在GaN表面形成三角形的電子勢阱，轉(zhuǎn)移到未摻雜GaN層中的電子在異質(zhì)結(jié)的三角形勢阱中形成二維電子氣（2DEG）。圖2-2GaNHEMT能帶結(jié)構(gòu)示意圖對于GaNHEMT器件而言，極化效應(yīng)不可忽視。由于形成機(jī)理的不同，極化效應(yīng)可分為自發(fā)極化PSP和壓電極化PPE兩種方式，在它們的共同作用下，形成了二維電子氣（2DEG），如圖2-3所示。自發(fā)極化通常出現(xiàn)在三五族化合物共價(jià)鍵中，主要是由于非對稱纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN，其氮原子的最外層沒有電子，在原子核的吸引下，與外部電子形成強(qiáng)庫侖力。壓電極化來源于器件的應(yīng)力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常數(shù)一般不同，容易導(dǎo)致晶格失配[34]。(a)(b)圖2-3氮化鎵的晶體結(jié)構(gòu)和極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理。(a)鎵面和氮面的氮化鎵晶體結(jié)構(gòu);(b)極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理通常來講，勢壘層中的施主雜質(zhì)電離出載流子，是在異質(zhì)結(jié)交界處形成二維電子氣（2DEG）的主要來源。但是由于GaNHEMT器件的極化效應(yīng)不可忽視，在自發(fā)極化和壓電極化的作用下，可在AlGaN/GaN交界處產(chǎn)生足夠的極化電荷，從而產(chǎn)生二維電子氣（2DEG）。極化電荷的濃度足夠大，因此可以不依賴勢壘層中施主雜質(zhì)電離出的載流子，即可以實(shí)現(xiàn)勢壘層非摻雜。另外，GaNHEMT在柵
第二章微波GaNHEMT基本原理與模型分類11間形成了異質(zhì)結(jié)，其能帶圖如圖2-2所示。由于形成異質(zhì)結(jié)的不同介質(zhì)的兩面出現(xiàn)了導(dǎo)帶不連續(xù)現(xiàn)象，GaN那面的禁帶寬度會小于AlGaN的禁帶寬度，導(dǎo)致電子親和能不同，結(jié)果電子從N型摻雜的AlGaN層中向GaN層中轉(zhuǎn)移，會在GaN表面形成三角形的電子勢阱，轉(zhuǎn)移到未摻雜GaN層中的電子在異質(zhì)結(jié)的三角形勢阱中形成二維電子氣（2DEG）。圖2-2GaNHEMT能帶結(jié)構(gòu)示意圖對于GaNHEMT器件而言，極化效應(yīng)不可忽視。由于形成機(jī)理的不同，極化效應(yīng)可分為自發(fā)極化PSP和壓電極化PPE兩種方式，在它們的共同作用下，形成了二維電子氣（2DEG），如圖2-3所示。自發(fā)極化通常出現(xiàn)在三五族化合物共價(jià)鍵中，主要是由于非對稱纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN，其氮原子的最外層沒有電子，在原子核的吸引下，與外部電子形成強(qiáng)庫侖力。壓電極化來源于器件的應(yīng)力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常數(shù)一般不同，容易導(dǎo)致晶格失配[34]。(a)(b)圖2-3氮化鎵的晶體結(jié)構(gòu)和極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理。(a)鎵面和氮面的氮化鎵晶體結(jié)構(gòu);(b)極化效應(yīng)產(chǎn)生二維電子氣的機(jī)理通常來講，勢壘層中的施主雜質(zhì)電離出載流子，是在異質(zhì)結(jié)交界處形成二維電子氣（2DEG）的主要來源。但是由于GaNHEMT器件的極化效應(yīng)不可忽視，在自發(fā)極化和壓電極化的作用下，可在AlGaN/GaN交界處產(chǎn)生足夠的極化電荷，從而產(chǎn)生二維電子氣（2DEG）。極化電荷的濃度足夠大，因此可以不依賴勢壘層中施主雜質(zhì)電離出的載流子，即可以實(shí)現(xiàn)勢壘層非摻雜。另外，GaNHEMT在柵
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ka波段GaN HEMT功率器件[J]. 廖龍忠,張力江,孫希國,何先良,崔玉興,付興昌. 半導(dǎo)體技術(shù). 2015(07)
[2]0.15μm柵長Ka波段GaN功率HEMT器件[J]. 周建軍,董遜,孔岑,孔月嬋,李忠輝,陳堂勝,陳辰. 固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2012(01)
[3]GaN微電子器件的研究進(jìn)展[J]. 呂曼,司曉琨,楊立軍. 河北省科學(xué)院學(xué)報(bào). 2011(01)
[4]非摻雜AlGaN/GaN微波功率HEMT[J]. 陳堂勝,焦剛,薛舫時(shí),曹春海,李拂曉. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2004(01)
[5]Au-AlGaN/GaN HFET研制與器件特性[J]. 張錦文,閆桂珍,張?zhí)?王瑋,寧寶俊,武國英. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2002(04)
博士論文
[1]微波GaN HEMT大信號模型參數(shù)提取研究[D]. 聞?wù)?電子科技大學(xué) 2018
[2]微波毫米波GaN HEMT大信號模型研究[D]. 汪昌思.電子科技大學(xué) 2016
碩士論文
[1]微波GaN HEMT物理基大信號模型參數(shù)提取方法研究[D]. 張佳琪.電子科技大學(xué) 2019
本文編號：2971806
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