本文選題：高電子遷移率晶體管 + 小信號建模　； 參考：《華東師范大學》2016年博士論文

【摘要】：隨著無線通信產(chǎn)業(yè)的爆炸性發(fā)展,作為第三代微波有源器件的氮化鎵高電子遷移率晶體管(HEMT),無論是在工作頻率方面、增益方面還是效率方面都有著巨大的優(yōu)勢,被廣泛應用于射頻微波集成電路的設計中。為了提高微波集成電路在設計與加工過程中的成功率、降低集成電路的設計成本以及縮短其加工周期,建立精確的高電子遷移率晶體管器件模型是必不可少的環(huán)節(jié)。本論文主要針對高電子遷移率晶體管的微波建模與參數(shù)提取技術進行了研究,取得的創(chuàng)新性研究成果如下：1)提出了一種提取HEMT器件小信號等效電路模型參數(shù)的新方法。該方法克服了傳統(tǒng)小信號模型參數(shù)提取方法假設器件完全物理對稱這一限制,利用在兩種不同偏置條件下測量的HEMT器件S參數(shù),推導了寄生參數(shù)與比例因子的關系,精確提取了HEMT器件的本征參數(shù)。在該新方法的基礎上,研究了HEMT器件柵極寬度這一關鍵物理尺寸與小信號等效電路模型參數(shù)的關系；2)對考慮了分布效應的AlGaN/GaN HEMT器件小信號等效電路模型進行了研究,提出了一種使用半分析法提取小信號模型參數(shù)的方法。該方法將測試結(jié)構參數(shù)提取方法、反向截止條件參數(shù)提取方法與數(shù)值優(yōu)化方法相結(jié)合,獲得了符合物理意義的精確的小信號等效電路模型參數(shù)。在該方法的基礎上,對HEMT器件本征參數(shù)的靈敏度進行了研究；3)提出了一種基于傳統(tǒng)STATZ直流模型的AlGaN/GaN HEMT器件非線性直流模型。該模型考慮了漏極-源極電流和柵極-源極電壓的非線性關系,該非線性關系分別使用多項式函數(shù)和指數(shù)函數(shù)來表征；在傳統(tǒng)的二階CURTICE模型的基礎上,結(jié)合TOM III模型的優(yōu)點提出了一種改進的CURTICE大信號模型,分別建立了AlGaN/GaN HEMT器件的電流模型和電容模型,并對微波商用軟件中常用的大信號模型的精度進行了對比；4)對基于50Ω系統(tǒng)的噪聲參數(shù)提取技術進行了研究,結(jié)合PUCEL噪聲模型和POSPIESZALSKI噪聲模型的優(yōu)點,研究了柵極-漏極距離這一關鍵物理尺寸對AlGaN/GaN HEMT器件高頻特性、噪聲特性以及本征參數(shù)值的影響。最后使用建立的HEMT器件噪聲等效電路模型設計了一款低噪聲放大器并對HEMT器件測量環(huán)境進行了介紹。
[Abstract]:With the explosive development of wireless communication industry, gallium nitride high electron mobility transistor (Gallium nitride), as the third generation microwave active device, has great advantages in operating frequency, gain and efficiency. It is widely used in the design of RF microwave integrated circuit. In order to improve the success rate of microwave integrated circuit in the process of design and fabrication, reduce the design cost of integrated circuit and shorten its processing period, it is necessary to establish an accurate model of high electron mobility transistor device. In this paper, the microwave modeling and parameter extraction techniques of high electron mobility transistors are studied. The innovative research results are as follows: 1) A new method for extracting the parameters of small signal equivalent circuit model of HEMT devices is proposed. This method overcomes the limitation that the traditional small-signal model parameter extraction method assumes the complete physical symmetry of the device. Using the S parameters of HEMT device measured under two different bias conditions, the relationship between parasitic parameters and the scale factor is deduced. The intrinsic parameters of HEMT devices are extracted accurately. On the basis of the new method, the relationship between the key physical dimension of HEMT gate width and the parameters of small-signal equivalent circuit model is studied. (2) the small-signal equivalent circuit model of AlGaN/GaN HEMT device considering the distribution effect is studied. A method of extracting the parameters of small signal model by semi-analysis is presented in this paper. This method combines the test structure parameter extraction method, the reverse cut-off condition parameter extraction method and the numerical optimization method, and obtains the accurate small-signal equivalent circuit model parameters which accord with the physical meaning. Based on this method, the sensitivity of intrinsic parameters of HEMT devices is studied. (3) A nonlinear DC model of AlGaN/GaN HEMT devices based on traditional STATZ DC model is proposed. The nonlinear relationship between drain source current and gate source voltage is considered in this model, which is represented by polynomial function and exponential function respectively. Combining the advantages of TOM III model, an improved CURTICE large signal model is proposed. The current model and capacitance model of AlGaN/GaN HEMT device are established, respectively. The accuracy of the large signal model commonly used in commercial microwave software is compared. (4) the noise parameter extraction technology based on 50 惟 system is studied. The advantages of PUCEL noise model and POSPIESZALSKI noise model are combined. The effects of gate drain distance on the high frequency characteristics, noise characteristics and intrinsic parameters of AlGaN/GaN HEMT devices are studied. At last, a low noise amplifier is designed by using the noise equivalent circuit model of HEMT device and the measuring environment of HEMT device is introduced.
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386

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本文編號：1784702