GaN HEMT器件的模型研究.pdf

1、寬禁帶半導體GaN材料具有大禁帶寬度、高電子飽和速度、擊穿場強及電子遷移率等優(yōu)異特性。基于氮化鎵材料的GaN HEMT器件在大電流、高功率、高頻的應用中具有極大的發(fā)展前景，成為了微波/毫米波功率器件和電路設計領域的研究熱點。精確的器件模型可提高電路設計效率，降低成本，對器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要的研究意義。GaN HEMT器件主要工作于大信號狀態(tài)，其非線性大信號模型是本文研究的核心內(nèi)容。
　　本文詳細分析了三種經(jīng)典大信號模型(Ang

2、elov-GaN模型、EEHEMT模型、Curtice3模型)的方程結(jié)構(gòu)和部分參數(shù)的物理含義，歸納總結(jié)各模型的特點和不足，并提出一種改進的大信號等效電路模型。該模型適用于增強型和耗盡型GaN HEMT器件。模型溝道電流方程和柵電荷方程均連續(xù)且高階可導，柵電荷模型滿足電荷守恒規(guī)律。該溝道電流模型可較準確的模擬GaN HEMT器件不同區(qū)域的直流特性。器件的自熱效應、電流崩塌效應和跨導頻率分布效應在模型中也予以考慮。實驗結(jié)果證明，模型仿真和測

3、試數(shù)據(jù)在較寬的偏壓和頻率范圍內(nèi)吻合較好。
　　小信號模型是非線性大信號模型在靜態(tài)偏置點上的線性等效，是大信號建模的重要環(huán)節(jié)。有效的GaN HEMT器件小信號建模是本文研究的重要內(nèi)容。模型參數(shù)的準確提取對小信號建模至關重要，本文總結(jié)了模型參數(shù)的分步提取方法。改進的小信號等效電路模型精度高，參數(shù)提取簡易，實用性強。實驗結(jié)果表明，改進的小信號模型精度比傳統(tǒng)的15參數(shù)小信號模型精度提高了20％~30%倍。主要研究工作如下：
　　(1

4、)詳細介紹GaN HEMT器件及其模型的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述GaN HEMT器件的工作機制及其大/小信號模型的基本概念和類型。
　　(2)介紹三種經(jīng)典大信號模型的方程結(jié)構(gòu)和參數(shù)意義，分別對增強型和耗盡型GaN HEMT器件進行大信號建模，并分析實驗結(jié)果。基于該研究成果，提出一種改進的GaN HEMT器件大信號等效電路模型。
　　(3)提出一種適用于GaN HEMT器件的小信號等效電路模型。根據(jù)實驗室條件和樣品器件，選擇合