毫米波GaN基HEMT器件研究.pdf

1、GaN材料卓越的電學(xué)特性使得GaN基HEMT器件日益成為毫米波功率器件的重要選擇。本論文首先概括了GaN基HEMT器件的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，提出了毫米波GaN基HEMT器件的研究意義；并對GaN基HEMT器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進行了簡單的介紹。
　　對GaN基HEMT器件的設(shè)計進行了仿真研究?；谛乱淮鶷CAD工具-Sentaurus Device中的物理模型的合理選擇及參數(shù)修正，進行GaN基HEMT器件的設(shè)計模擬；研究了T柵尺寸對

2、fT/fmax的影響，為實驗提供參考。通過仿真實驗可得到以下結(jié)論：柵帽寬度同時影響Rg、Cgs和Cgd。隨著柵長（>100nm）減小，fmax單調(diào)增大。
　　研究了短溝道效應(yīng)對毫米波AlGaN/GaN HEMT器件直流和頻率特性的影響。當(dāng)柵長縮短至50nm時，柵控能力嚴(yán)重下降，亞閾值電流會急劇增加，最大直流跨導(dǎo)下降，器件閾值電壓嚴(yán)重漂移，最終導(dǎo)致器件頻率特性和功率特性衰退。分析了器件電流增益截止頻率的變化情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)柵長從250n

3、m減小到50nm時，fTLg從13.4GHzμm下降至4.4GHzμm。最后分析了柵長-溝道縱橫比和器件性能退化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)縱橫比減小至6時，閾值電壓漂移超過25％，fTLg下降約32%。
　　在建立精準(zhǔn)的仿真模型并提出優(yōu)化后各項參數(shù)范圍的基礎(chǔ)上，不斷突破工藝水平，制備出AlGaN背勢壘結(jié)構(gòu)InAlN/GaN HEMT器件，頻率特性fT、fmax分別達到60GHz、105GHz；制備出AlGaN/GaN HEMT器件，其fT、f

4、max分別達到102 GHz和147 GHz。
　　建立了GaN基HEMT器件小信號等效電路模型。系統(tǒng)地分析了AlGaN/GaN HEMT器件的各種電學(xué)機制，建立了包括寄生元件和本征元件在內(nèi)的小信號等效電路模型?；谄骷诓煌秒妷合聹y試得到S參數(shù)，將S參數(shù)轉(zhuǎn)化成Y參數(shù)與Z參數(shù)，對小信號等效電路的元件參數(shù)進行提取。實驗表明，為驗證的準(zhǔn)確性，把提參算法提取的小信號參數(shù)代入到等效電路中進行S參數(shù)仿真，并與實際測試的參數(shù)進行比較，分析