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(guó)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(duì)GaN基HEMT器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。
　　對(duì)GaN基HEMT器件的設(shè)計(jì)進(jìn)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(jìn)行GaN基HEMT器件的設(shè)計(jì)模擬；研究了T柵尺寸對(duì)

2、fT/fmax的影響，為實(shí)驗(yàn)提供參考。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可得到以下結(jié)論：柵帽寬度同時(shí)影響Rg、Cgs和Cgd。隨著柵長(zhǎng)（>100nm）減小，fmax單調(diào)增大。
　　研究了短溝道效應(yīng)對(duì)毫米波AlGaN/GaN HEMT器件直流和頻率特性的影響。當(dāng)柵長(zhǎng)縮短至50nm時(shí)，柵控能力嚴(yán)重下降，亞閾值電流會(huì)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(zhǎng)從250n

3、m減小到50nm時(shí)，fTLg從13.4GHzμm下降至4.4GHzμm。最后分析了柵長(zhǎng)-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(shí)，閾值電壓漂移超過(guò)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(xiàng)參數(shù)范圍的基礎(chǔ)上，不斷突破工藝水平，制備出AlGaN背勢(shì)壘結(jié)構(gòu)InAlN/GaN HEMT器件，頻率特性fT、fmax分別達(dá)到60GHz、105GHz；制備出AlGaN/GaN HEMT器件，其fT、f

4、max分別達(dá)到102 GHz和147 GHz。
　　建立了GaN基HEMT器件小信號(hào)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(jī)制，建立了包括寄生元件和本征元件在內(nèi)的小信號(hào)等效電路模型?；谄骷诓煌秒妷合聹y(cè)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(duì)小信號(hào)等效電路的元件參數(shù)進(jìn)行提取。實(shí)驗(yàn)表明，為驗(yàn)證的準(zhǔn)確性，把提參算法提取的小信號(hào)參數(shù)代入到等效電路中進(jìn)行S參數(shù)仿真，并與實(shí)際測(cè)試的參數(shù)進(jìn)行比較，分析