寬禁帶半導(dǎo)體晶體管——氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMTs）在高頻、高效率、高功率領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)成為了國內(nèi)外微波半導(dǎo)體器件方面的研究熱點(diǎn)�；贕aN HEMT建立的大信號(hào)晶體管模型是晶體管和電路的樞紐,對優(yōu)化電路設(shè)計(jì),提高晶體管性能有指導(dǎo)作用。目前,發(fā)展較為成熟的晶體管模型多為經(jīng)驗(yàn)基模型,是以大量的擬合參數(shù)來表征晶體管的自熱、色散等特性。然而隨著工藝的不斷改進(jìn)、器件的發(fā)展,亟需能指導(dǎo)器件工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的物理基大信號(hào)模型。另一個(gè)方面,微波化合物半導(dǎo)體芯片的成品率優(yōu)化設(shè)計(jì)一直以來是集成電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn),其主要原因是晶體管制備上工藝參數(shù)精確控制難,而在電路設(shè)計(jì)上又缺乏準(zhǔn)確的大信號(hào)工藝統(tǒng)計(jì)模型。因此,如何建立晶體管微波特性與物理參數(shù)相關(guān)聯(lián)的物理基統(tǒng)計(jì)模型成為了微波氮化鎵電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用的關(guān)鍵。本文針對GaN HEMT開展了準(zhǔn)物理基大信號(hào)模型和物理基統(tǒng)計(jì)模型研究,并基于統(tǒng)計(jì)模型提出了一種提高M(jìn)MIC成品率的方法,主要研究內(nèi)容如下:1.基于區(qū)域劃分理論的GaN HEMT準(zhǔn)物理基大信號(hào)模型研究。對柵長為0.15μm的GaN HEMT器件,首先通過測試得到晶體管的直流I-V、多偏置下的S... 

【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)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

GaNHEMT的結(jié)構(gòu)示意圖

第二章GaNHEMT準(zhǔn)物理基大信號(hào)模型研究13壓電極化兩種。在沒有外部應(yīng)力情況下，晶體的正負(fù)電荷中心不重合，每個(gè)晶體產(chǎn)生的偶極矩疊加而形成內(nèi)建電場，從而產(chǎn)生自發(fā)極化效應(yīng)。壓電極化是在外加應(yīng)力的作用下，GaN晶胞正負(fù)電荷中心分離，產(chǎn)生的偶極矩相互疊加，從而在晶體表面產(chǎn)生了極化電荷。由于GaN材料的兩種極化效應(yīng)同時(shí)作用，在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)交界面處產(chǎn)生極化電荷，從而形成了2DEG，如圖2-3所示。圖2-3Ga面二維電子氣的形成機(jī)理2.2GaN晶體管模型分類晶體管模型是對晶體管物理特性的一種抽象表征方式。常用的有數(shù)值模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀锢砘Ｐ停卤?-2比較了常用模型的優(yōu)缺點(diǎn)。表2-2常用模型優(yōu)缺點(diǎn)比較模型類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)參數(shù)提取難度數(shù)值模型物理意義明確可用于器件設(shè)計(jì)求解耗時(shí)難以用于電路設(shè)計(jì)很低經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途雀咭讓?shí)現(xiàn)噪聲、熱電模型收斂性好可用于電路設(shè)計(jì)缺乏物理意義不能指導(dǎo)器件設(shè)計(jì)很高物理基模型物理意義明確可縮放可用于器件和電路設(shè)計(jì)模型方程較復(fù)雜收斂性和精度有待提高較低數(shù)值模型反應(yīng)了器件參數(shù)的物理意義，基于大量的物理超越方程，難以求解具體的解析值用于電路設(shè)計(jì)中。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪腔谄骷臏y量數(shù)據(jù)，依托等效電路結(jié)構(gòu)，建立輸入輸出關(guān)系來擬合器件性能的數(shù)學(xué)模型。具有精度高、收斂性好、可用于電路設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但

既返男⌒藕拍Ｐ褪悄Ｐ涂飪?⒌鬧匾?疤帷１窘誚?⒘艘恢職??19元件的小信號(hào)等效電路模型，該小信號(hào)等效電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖中包含了不隨偏置變化的12個(gè)寄生元件（源、柵、漏極3個(gè)寄生電阻Rs、Rg、Rd和3個(gè)寄生電感Ls、Lg、Ls，pad的3個(gè)接觸電容Cgda、Cpga、Cpda，極間和空氣橋3個(gè)電容Cpgi、Cgdi、Cpdi），與偏置電壓強(qiáng)相關(guān)的7個(gè)本征元件（柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd、漏源電容Cds、本征區(qū)溝道電阻Ri、漏源電導(dǎo)Gds、跨導(dǎo)gm及時(shí)間延遲參數(shù)τ），且所有參數(shù)都不隨頻率變化。圖2-4GaNHEMT器件小信號(hào)模型等效電路拓?fù)?.3.1寄生參數(shù)的提取建立小信號(hào)模型，主要在于提取寄生和本征參數(shù)，由于寄生參數(shù)和偏置電壓無關(guān)，可先提取寄生參數(shù)，再對多偏置下S參數(shù)去嵌，進(jìn)一步提取本征參數(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]微波GaN HEMT大信號(hào)模型參數(shù)提取研究[D]. 聞?wù)?電子科技大學(xué) 2018
[2]模擬集成電路性能參數(shù)建模及其參數(shù)成品率估計(jì)算法的研究[D]. 梁濤.西安電子科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3221418