射頻開關(guān)器件是各種現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。Ga As p HEMT開關(guān)器件對比傳統(tǒng)PIN開關(guān)器件,由于其偏置網(wǎng)絡(luò)簡單、直流功耗低、開關(guān)速度快和集成度較高,所以在射頻電路中的應(yīng)用愈加廣泛。精確的Ga As p HEMT開關(guān)器件模型對提高器件性能、縮短相關(guān)集成電路的設(shè)計周期、降低設(shè)計成本和提高集成電路生產(chǎn)良率等方面具有重要的意義。本文針對國產(chǎn)Ga As p HEMT生產(chǎn)線,采用經(jīng)驗基模型和尺寸縮放模型的建模方法,對Ga As p HEMT開關(guān)器件大信號模型進行了系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容包括:（1）對Ga As p HEMT器件的制作材料和底層物理結(jié)構(gòu)進行了研究,闡述了Ga As p HEMT器件的工作原理和相關(guān)電學(xué)特性。對小信號與大信號在片測試系統(tǒng)進行了簡單的介紹,對器件建模過程中的去嵌入技術(shù)進行了研究。（2）對三種常用的經(jīng)驗基HEMT大信號模型的數(shù)學(xué)方程進行了詳細的分析,并通過對Ga As p HEMT器件進行建模和驗證,通過對比驗證擬合結(jié)果,選出EEHTMT大信號模型作為Ga As p HEMT開關(guān)器件大信號模型的開發(fā)基礎(chǔ)。（3）對多柵開關(guān)器件的小信號模型進行研究。提出了一種多柵極G... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型的射頻前端模塊

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10維電子氣運動的阻隔，此外由于緩沖層的禁帶寬度通常比襯底的禁帶寬度更大，可以有效禁止電子從溝道層進入緩沖層，從而維持二維電子氣的濃度。圖2.1AlGaAs/GaAsHEMT結(jié)構(gòu)示意圖溝道層：由于AlGaAs與GaAs之間的晶格常數(shù)有所不同，所以一般會采用應(yīng)變晶格的方式來生長制作InGaAs溝道，以防止出現(xiàn)失配晶格。采用調(diào)制In的含量的方式就可以改變晶格常數(shù)，同時為了使InGaAs與GaAs之間的晶格常數(shù)也保持一定的對用，In的的交換機含量也不能太高，通常In含量為0.2-0.5。勢壘層：由能帶理論中可知，禁帶寬度不同的異質(zhì)結(jié)可以在異質(zhì)臨界位置禁帶寬度較小的一側(cè)，可以產(chǎn)生量子阱；當對勢壘層摻入施主雜質(zhì)時，勢壘層中的電子將轉(zhuǎn)移到溝道層，由于量子阱的存在，就形成了二維電子氣。AlGaAs是GaAs基pHEMT中最常見的勢壘層材料，勢壘層的禁帶寬度通常和Al的組分呈正相關(guān)。根據(jù)能帶理論，異質(zhì)結(jié)之間的能帶差值增大可以增大二維電子氣的濃度。但是Al的組分也不能無限制地增加，主要是由于Al增加會導(dǎo)致Dx中心會顯著增大，不僅會降低二維電子氣濃度，并且對瞬態(tài)電荷的分布產(chǎn)生作用，從而影響器件在不同的溫度下的特性。Spacer層：二維電子氣與施主離子在空間上是分離的，但是施主離子的庫倫散射對載流子依然存在，并且由于勢壘層電場的影響，載流子一般接近異質(zhì)結(jié)表面，此時的載流子速度會受到界面的作用而發(fā)生變化。為了進一步提高器件性能，在勢壘層和溝道層中間可以加入未摻雜的spacer層，通過調(diào)節(jié)載流子和施主雜質(zhì)離子之間的距離，以減少雜質(zhì)散射的對載流子遷移率和濃度的作用。Cap層：源漏歐姆接觸對半導(dǎo)體器件性能的影響十分顯著，對于傳統(tǒng)體硅材料，通常采用高摻雜的阱來形成源漏接觸。但是直接勢壘層上進行高摻雜來形成?

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文11AlGaAs/InGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)的能帶示意圖如圖2.2所示。圖2.2AlGaAs/InGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)能帶示意圖2.1.3GaAspHEMT的器件特性在射頻器件應(yīng)用時，GaAspHEMT通常應(yīng)用于放大器、開關(guān)和混頻器等射頻前端模塊電路中[35-36]。在射頻器件建模過程中應(yīng)考慮GaAspHEMT器件實際應(yīng)用電路所需性能指標，并作為參數(shù)提取的重要影響因素。表2.2為器件特性相關(guān)參數(shù)的定義。表2.2器件特性相關(guān)參數(shù)定義名稱定義Idss漏極飽和電流柵源電壓Vgs=0時，漏源電壓Vds大于夾斷電壓時，對應(yīng)的源漏電流Vt閾值電壓使器件溝道夾斷的外加VgsGm跨導(dǎo)漏電流相對于柵源電壓的變化率Gds輸出電導(dǎo)漏電流相對于源漏電壓的變化率ft截止頻率電流增益為1時的頻率fmax最大振蕩頻率功率增益為1時的頻率NF噪聲系數(shù)輸出/輸入端信噪比之比S-parameter散射參數(shù)用入射電壓波和反射電壓波的方式來定義網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出關(guān)系其中S參數(shù)是通過傳輸波的入射和反射來計算，用來描述二端口的網(wǎng)絡(luò)特性。在這里，定義an為歸一化入射電壓波，bn為歸一化反射電壓波，散射矩陣為：S=[S11S12S21S22](2.1)其中：S11為輸出端匹配時的輸入反射系數(shù)，計算公式為S11=b1(l1)a1(l1)|a2(l2)=0

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]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



本文編號：3392257