氮化鎵（GaN）高電子遷移率（High Electron Mobility Transistor,HEMT）晶體管具有工作頻率高、輸出功率密度大、功率效率高等特點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星、5G等通信系統(tǒng)中。準(zhǔn)確、簡單、可縮放、物理意義清晰的器件模型對電路設(shè)計、器件優(yōu)化都至關(guān)重要。工作在W波段（75～110 GHz）的GaNHEMT器件,由于寄生效應(yīng)復(fù)雜,模型參數(shù)變得不易提取,模型的高頻精度和縮放性都有待改進(jìn)。近幾年新興的GaN HEMT準(zhǔn)物理區(qū)域劃分（Quasi-Physical Zone Division,QPZD）模型具有參數(shù)少、準(zhǔn)確性高、物理意義明確等特點(diǎn),但模型的表達(dá)式和參數(shù)提取方面仍存在問題,顯著的短溝道效應(yīng)在模型中也缺乏考慮。因此,面對短溝道GaN HEMT器件的高頻應(yīng)用,以及對準(zhǔn)確、簡潔、物理意義明確的大信號模型的需求,建立可應(yīng)用到W波段、包含主要短溝道效應(yīng)的準(zhǔn)物理大信號模型具有重要意義。本文基于國產(chǎn)0.1μm工藝,對毫米波GaNHEMT功率器件的準(zhǔn)物理大信號模型進(jìn)行了深入研究:1.毫米波小信號模型研究。針對W波段小信號寄生效應(yīng)復(fù)雜的問題,提出了新的模型等效電路和參數(shù)提... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?ＧａＮ器件在通信中的應(yīng)用??

能，提高芯片的市場競爭力。??對于第三代半導(dǎo)體器件之一的ＧａＮ?ＨＥＭＴ功率器件，在毫米波頻段，由于??器件溝道長度變小引起的短溝道效應(yīng)、高頻引起的寄生效應(yīng)，使傳統(tǒng)的低頻長溝??道模型在毫米波頻段，尤其是Ｗ波段（７５￣１１０?ＧＨｚ）難以應(yīng)用，使用傳統(tǒng)低頻??模型所做的電路設(shè)計也跟實(shí)際測試有較大偏差。由于當(dāng)前對于高頻、短溝道器件，??仍然缺乏較準(zhǔn)確又簡潔的的大信號模型，所以研宄適用頻率到Ｗ波段的ＧａＮ??ＨＥＭＴ功率器件模型具有重要的意義。??器件１?｜模型丨?｜電路??Ｈ??圖１．２器件灌型－電路之間的關(guān)系??在眾多ＧａＮ?ＨＥＭＴ的大信號模型中，經(jīng)驗(yàn)基模型由于其靈活性、準(zhǔn)確性，??得到了廣泛的使用；物理基模型由于其物理意義明確，以及模型對微波功率管和??２??

，??使模型更適用于ＧａＮ器件的建模。??２０００年，德國斯圖加特大學(xué)Ｃｈｉｇａｅｖａ等人提出了?１４元件小信號等效電路??模型，是低頻建模中應(yīng)用較為廣泛的模型［８２］。作者提出，相比于ＧａＡｓＨＥＭＴ器??件，ＧａＮＨＥＭＴ導(dǎo)帶不連續(xù)性更大，所以為了更準(zhǔn)確的對寄生電阻進(jìn)行提取，需??要通過在柵極加較高的前向偏置電壓，來對ＳＵ的容性進(jìn)行抑制。??２００５年，來自德國卡塞爾大學(xué)Ｋｏｍｐａ團(tuán)隊的Ｊａｍｄａｌ提出了?ＧａＮ?ＨＥＭＴ經(jīng)??典的包含２２個元件的小信號等效電路模型［８３］，如圖１．３所示。論文中首次引入??了電容參數(shù)ＣＷ，，，ＣＭ，，Ｃ＿，用于模擬空氣橋引入的極間電容，以及電容參數(shù)??Ｇ＾／，Ｇ＃／，用于描述柵極的漏電。在寄生電容的提取方面，通過全局優(yōu)化算法，??進(jìn)一步提高了模型的準(zhǔn)確性。同年，同樣是來自Ｋｏｍｐａ團(tuán)隊的Ｚａｍｕｄｉｏ利用器??件的尺寸計算出了寄生電容的估計值，并且通過優(yōu)化算法確定了寄生電容的最優(yōu)??解。???｜ｉ????＾???ｔ?Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ?ＦＥＴ??ｇ——?ｒ．???Ｕ?〇??丄ｃｖ??Ｃｐｇａ?＝＝?．：?Ｒ／?：?Ｃｐａｒ－?ＣｐＡ；－－：????Ｋ－－－Ｊ??Ｏ??１????ｏ??Ｓ?Ｓ??圖１．３經(jīng)典的２２參數(shù)小信號等效電路模型網(wǎng)??２００６年，意大利的Ｃｒｕｐｉ等人提出了通過多偏置對小信號模型參數(shù)進(jìn)行提取??方法［８４］。因?yàn)椋樱詈停樱玻苍跂艠O前向偏置的條件下，會較為明顯的受到電容效應(yīng)??的影響，所以要在小信號等效電路中加入柵極電容和溝道電容。??２００８年，都柏林大學(xué)的Ｂｒａｄｙ等人在輸出點(diǎn)到�。笊弦肓藭r間常數(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
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