GaNHEMT功率器件建模建库技术研究 [复制链接]

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GaNHEMT功率器件建模建库技术研究（硕士学位论文），共91页。
中文摘要
氮化镓（GaN）作为近些年来迅猛发展起来的第三代半导体材料之一，同前两代半导体材料硅(Si)与砷化镓（GaAs）相比，GaN 具有禁带宽、电子饱和率高、电子迁移率高、击穿电压高、导热性好、稳定性好等众多优点。以 GaN 材料为衬底的 GaN 高电子迁移率场效应管（HEMT）具有工作频率高、输出功率密度高、抗辐射能力强、耐高温等特点，在微波通信，雷达系统，LED 器件、大功率器件方面有广阔的应用前景。但由于 GaN HEMT 的高频特性以及自热效应等，传统的FET 模型无法准确模拟其特性，因此建立一个准确的 GaN HEMT 模型是极其重要的。本文重点研究了 GaN HEMT 功率器件的建模建库技术。
首先，本文在传统的 FET 小信号等效电路模型基础上，结合高频下 GaN HEMT 的电容分布效应，在传统的等效电路模型上加入三个寄生电容表示栅、源、漏级之间的极间串扰。采用直接提取法提取小信号等效电路初值，再利用全频段数值优化得到小信号等效电路所有值。改进的小信号等效电路模型在不同偏置下，1-20GHz 内与实测结果对比 S 参数幅度相对误差小于 5％，相位绝对误差小于 5°，改进的模型有较高的准确性，是大信号等效电路模型的建立的重要基础。
接着，本文从 GaN HEMT 传统的 Angelov 非线性漏源电流(Ids)模型基础上出发，结合其显著的自热特性，增加表示器件自热效应的热电路，引入温度项改进输出特性，使 Ids 模型与实测结果拟合良好。并在传统的Angelov 非线性电容模型上进行改进，建立栅源、栅漏电容的表达式，从而确定完整的大信号等效电路模型，该模型以符号定义器件(SDD)的形式嵌入到 ADS 中。同时结合温度对 I-V输出特性的影响，建立温度相关大信号模型，此模型在 Vds=5V~30V，Vgs=0V~-Vp偏置条件下，温度范围 25oC~175oC，直流 I-V 相对误差小于 8％。
最后，本文对 GaN 的无源元件进行建模，主要包括电感、电容、通孔、微带线等，使其仿真得到的 S 参数与电磁仿真结果相比有较高的一致性，并建立了GaN 元件的模型库。  
关键词：氮化镓，高电子迁移率场效应管，小信号等效电路模型，温度相关大信号模型，无源元件，模型库

目  录
第一章 绪论  1 
11 GaN 材料的主要特性  1 
12 GaN HEMT 功率器件的特性  2 
13 GaN HEMT 功率器件国内外研究动态  3 
14 GaN HEMT 功率器件建模概述及国内外研究动态  4 
15 本文的主要工作  8 
第二章 GaN HEMT 小信号建模与分析  10 
21 GaN HEMT 器件结构  10 
22 信号参数矩阵  11 
23 传统的 FET 小信号等效电路模型  14
24 改进的 GaN HEMT 小信号等效电路模型  17 
25 GaN HEMT 小信号等效电路参数提取  17 
251  寄生参数的提取  18 
252 本征参数的提取  21 
26 GaN HEMT 小信号等效电路模型验证  23 
27 本章小结  31 
第三章 GaN HEMT 大信号建模与分析  32 
31 GaN HEMT 大信号模型的分类及其对比  32 
32 GaN HEMT 非线性漏源电流 ds模型  33
321 几种常见的非线性漏源电流模型  33
322 改进的非线性漏源电流模型  35 
33 GaN HEMT 非线性电容模型  41 
331  栅源电容 Cgs的改进  42 
332 栅漏电容 Cgd的改进  44 
34 温度相关的大信号模型  46 
35 本章小结  50
第四章 GaN 无源元件建模以及模型库的建立  51 
41 电感模型的建立  51 
411  电感的 Π 型拓扑结构  52 
412  电感的 Π 型拓扑结构等效电路参数提取  52
413  电感模型的建立与验证  53 
42 电容模型的建立  61 
421  电容传统的 Π 型等效电路模型及其参数提取  61
422  改进的电容的 Π 型等效电路模型  62 
423 电容模型的建立与验证  63 
43 通孔模型的建立  68
44 微带线模型的建立  69 
45 GaN 元件模型库的建立和安装  71 
451  模型库的基本组成  71 
452 GaN 元件模型库的建立  72
453 GaN 元件模型库的安装  72 
46 本章小结  74
第五章 结论  75 
致   谢  76 
参考文献  77 
攻硕期间取得的研究成果  81

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