一种鱼骨型GaN HEMT分布式模型

基于传输线理论,推导了GaN HEMT沟道分布式等效电路模型,为有效提取GaN HEMT小信号模型参数提供了依据。设计了一种新颖的鱼骨型GaN HEMT器件结构,由于采用了较短的栅指,非常有利于纵向散热,与常规型HEMT器件结构相比,热阻有了明显改善,但也增加了建模的复杂度。采用分布式建模技术,为鱼骨型器件建立了一种分布式等效电路模型,模型在1~20 GHz内与实测S参数吻合较好,表明分布式建模技术可以用于准确地模拟鱼骨型GaN HEMT器件的高频特性。     

基于非线性电阻的GaN HEMT经验基大信号模型

为了实现建立准确的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN high electron mobility transistor,GaN HEMT）大信号模型的目的,提出了一种基于非线性电阻的GaN HEMT经验基大信号模型. 通过对GaN HEMT在高漏极偏置和高电流密度下的电阻特性分析,将受漏源电流控制的非线性电阻模型嵌入经验基大信号模型中. 结合Matlab和ADS提取模型初值,在ADS中建立完整的大信号符号定义模型. 选择栅长为0.25 μm,栅宽分别为2×200 μm、2×250 μm、4×200 μm的GaN HEMT进行直流输出特性和大信号输出特性仿真验证,结果表明本文模型与测试数据具有较高的吻合性. 该大信号模型提高了经验基大信号模型的物理特性,具有较高的精度及良好的缩放性.     

GaN HEMT器件微波噪声模型参数提取

介绍了两种可以用于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件建模的噪声模型,Pu-cel等效电路噪声模型和Pospieszalski温度噪声模型.基于Pucel等效电路噪声模型,介绍了利用器件本征噪声参数推导Pucel噪声模型参数的过程,并且给出了微波噪声模型参数的表达式.利用上述方法,针对200 μm栅宽的GaN HEMT器件,提取了噪声模型参数值,并且在ADS仿真软件平台上建立了GaN HEMT器件的Pucel等效电路噪声模型,仿真结果与实测结果在频率为4～18 GHz带宽内吻合较好,说明提出的噪声模型参数提取方法对于GaN HEMT器件噪声仿真的实用性和准确性.     

一种降低GaN HEMT沟道温度的新结构

针对氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)沟道温度过高导致器件性能下降的问题,提出一种降低GaN HEMT沟道温度的新结构,通过优化沟道电场来降低沟道温度.该结构采用混合势垒层设计,将栅极下方的势垒层分为两层,上层采用AlN,下层采用重掺杂的AlGaN;此外,该结构还使用场板;为了更好的散热,该结构采用热导率更高的AlN代替传统的Si₃N₄作为器件的钝化层.场板和混合势垒层有利于改善沟道电场,降低器件沟道温度.仿真结果表明,相比于传统结构,新结构的沟道温度分布更加均匀,温度峰值下降47 K.此外,新结构的击穿电压提高50%,输出特性也得到了改善.     

一种改进EE_HEMT电容方程的GaN HEMT器件模型

在传统的EE_HEMT模型基础上,通过修改电容方程,得到一个新的可适用于GaN HEMT器件的模型。新电容模型主要通过tanh函数拟合和的变化趋势。在ICCAP软件中,完成新模型参数的提取;在ADS软件中,完成S参数仿真和负载牵引仿真,并与实测结果进行了对比,最大功率点性能拟合效果得到改善。文中描述的新模型,可在一定程度上提高GaN HEMT模型仿真精度。     

GaN基HEMT器件的优化设计

针对氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件自热效应以及电流崩塌效应导致器件性能退化和失效的问题,研究了通过合理改变器件参数尺寸优化GaN基HEMT器件的设计,提高器件性能。通过仿真软件模拟了器件各参数对于GaN器件电学性能的影响,分析了不同衬底构成对GaN HEMT器件自热效应的影响,系统研究了GaN HEMT器件相关参数改变对自热效应及器件电学性能的影响。结果表明:Si及金刚石组成的衬底中减小Si层的厚度有利于减小器件的自热效应,降低有源区最高温度。为提高器件性能以及进一步优化GaN基HEMT器件设计提供了一定的理论参考。     

一种抑制栅极正负向串扰的GaN HEMT无源驱动电路

GaN器件由于其更快的开关速度,比硅器件更容易发生严重的开关振荡,也更容易受到栅源电压振荡的影响。为了抑制GaN基半桥结构中的串扰,提出了一种抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)栅极正负向串扰的无源钳位驱动电路来抑制栅源电压振荡。采用基本无源元件建立自举驱动回路,并增加三极管以构成从驱动电路到GaN HEMT的低阻抗米勒电流路径,抑制正负向串扰。在LTspice软件下进行电路模拟仿真,并搭建实验平台进行实测验证,结果表明栅源电压的最大正向串扰可降至1.2 V,最大负向串扰可降至1.6 V,漏源电流的正向和负向串扰均降至2 A以下,证明该电路对栅源电压以及漏源电流的振荡均有良好的抑制效果。     

直流大电压下GaN HEMT电流崩塌效应探索

基于GaN HEMT器件物理和实验分析测试结果，提出了一种GaN电流崩塌效应的新物理模型. 研究表明，在大漏极电压条件下，沟道电子易于注入到GaN缓冲层中，并被缓冲层中的陷阱所俘获，耗尽二维电子气，从而导致电流崩塌效应. 该模型描述了电流崩塌效应与缓冲层中陷阱的相互关系，并获得了电流崩塌前后迁移率与二维电子气浓度乘积的归一化值. 该结果可望用于GaN HEMT器件进一步的理论探讨和实验研究.     

S波段大功率、高效率GaN HEMT器件研究

基于国产的SiC衬底GaN外延材料,研制出大栅宽GaN HEMT单胞管芯。通过使用源牵引和负载牵引技术仿真出所设计模型器件的输入输出阻抗,推导出本器件所用管芯的输入输出阻抗。使用多节λ/4阻抗变换线设计了宽带Wilkinson功率分配/合成器,对原理图进行仿真,优化匹配网络的S参数,对生成版图进行电磁场仿真,通过LC T型网络提升管芯输入输出阻抗。采用内匹配技术,成功研制出铜-钼-铜结构热沉封装的四胞内匹配GaN HEMT。在频率为2.7～3.5 GHz、脉宽为3 ms、占空比为50%、栅源电压Vgs为-3 V和漏源电压Vds为28 V下测试器件,得到最大输出功率Pout大于100 W(50 dBm),PAE大于47%,功率增益大于13 dB。     

C波段大功率GaN HEMT内匹配器件

基于GaN微波功率器件工艺制作了大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,通过负载牵引及建模技术提取了管芯的输入阻抗、输出阻抗.采用二项式多节阻抗匹配变换器实现了宽带功率分配器及合成器电路的制作,通过采用LC网络提升了管芯输入阻抗、输出阻抗,加入了稳定网络,实现了50 Ω阻抗匹配.采用高热导率金属陶瓷外壳,提高了器件散热能力.最终研制成功大功率GaN HEMT内匹配器件,器件采用四胞管芯功率合成技术,总栅宽为40 mm.测试结果表明,频率为4.5～4.8 GHz,脉宽300μs,占空比10％,工作电压VDSs为28 V,器件的输出功率大于120 W,功率附加效率大于50％,功率增益大于11 dB.     

栅槽刻蚀工艺对增强型GaN HEMT器件性能的影响

基于凹槽栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)研究了不同的栅槽刻蚀工艺对GaN器件性能的影响。在栅槽刻蚀方面,采用了一种感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术与高温热氧化湿法刻蚀技术相结合的两步法刻蚀技术,将AlGaN势垒层全部刻蚀掉,制备出了阈值电压超过3 V的增强型Al_2O_3/AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。相比于传统的ICP干法刻蚀技术,两步法是一种低损伤的自停止刻蚀技术,易于控制且具有高度可重复性,能够获得更高质量的刻蚀界面,所制备的器件增强型GaN MIS-HEMT器件具有阈值电压回滞小、电流开关比(I_ON/I_OFF)高、栅极泄漏电流小、击穿电压高等特性。     

一种HEMT器件可缩放的非线性紧凑模型

提供了一种应用于高电子迁移率晶体管(HEMT)的非线性紧凑模型。该模型针对传统的EE-HEMT模型理想缩放规律不准确的问题,提出采用一元函数拟合、二元曲面拟合方法,对其尺寸缩放和温度缩放规律进行修正。修正后的非线性模型可以准确地模拟HEMT器件的直流I-U、S参数和大信号特性。并将该模型应用于一款0.25 μm栅长的GaAs pHEMT工艺,对比不同尺寸的器件在高低温条件下模型仿真结果和实测结果,两者吻合良好,验证了该模型的准确性。     

应力条件下AIGaN／GaN HEMT电流崩塌效应研究

采用应力测试方法，获得了AlGaN／GaN HEMT漏极电流随时间的变化关系。实验结果表叫，应力导致漏极电流崩塌56．2％：不同电压应力条件下，只要所加时间足够长和电压足够人，相同栅压的电流崩塌程度都近似相等；漏极电流恢复时间与大小分别为34．5＋σVGS与σ（VGS-VT）（2-β）。研究表明，栅-漏间表面态捕获的电子使得表面电势发生变化，引起沟道中二维电子气浓度降低，从而导致电流崩塌效应的产生。此结论可提用于AlGaN／GaNHEMT器件电流崩塌效应进一步的理论探索和器件研究。     

毫米波GaN HEMT器件大信号模型

介绍了一种毫米波GaN基HEMT器件大信号等效电路模型。该模型采用SDD的建模方法。提出了I-V及C-V表达式,完成了直流及S参数的拟合,并分析了拟合结果。与18GHz的在片loadpull测试结果比较,模型仿真结果显示输出功率及效率与实测数据基本一致。     

基于表面势的GaN HEMT 集约内核模型

从器件表面势机理出发,考虑载流子浓度升高时费米势的变化,首次在二维泊松方程中引入新的费米势近似式,重构表面势源头方程,提出了一种直接基于表面势建立氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件模型的方法,建立了包括积累区和过渡区的物理基集约内核模型。表面势引入模型突破了现有的建模技术,给集约模型的建立提供可信的内核模型方程和理论基础。模型采用解析近似求解获得表面势,Pao-Sah模型验证可行性,I-V、C-V特性曲线与TCAD软件仿真的结果有很好的拟合,能准确描述各种偏置条件下GaN HEMT的电流、电荷特性。     

基于GaN HEMT 多倍频程高效率功率放大器设计

使用GaN HEMT 功率器件,设计了一款多倍频程高效率功率放大器。利用负载牵引技术分析输入功率、偏置电压、工作频率对功率器件输出阻抗的影响,从而寻找出满足宽带性能的最优阻抗区域;输入、输出匹配网络采用了切比雪夫多节阻抗变换器的综合设计方法,很好地拓展了匹配网络的带宽性能,从而实现了0. 8 ~4. 0 GHz(相对带宽133%)多倍频程高效率功率放大器电路。连续波大信号测试结果表明:在0. 8 ~ 4. 0 GHz 的频率范围内输出功率为39. 5 ~42. 9 dBm,漏极效率为54. 20% ~73. 73%,增益为9. 4 ~12. 0 dB。在中心频率2. 4 GHz 未利用线性化技术的情况下使用5 MHz WCDMA 调制信号测试得到邻近信道泄漏比(ACLR)为-27. 2 dBc。设计的工作频率能够覆盖目前主要的无线通信系统GSM900M、WCDMA、DCS1800 LTE、PCS1900 LTE、3. 5GHz WiMAX 以及下一代移动通信系统(5G)等。     

表面态对GaN HEMT电流崩塌效应影响的研究

针对GaN HEMT电流崩塌物理效应,测试了各种条件下器件I-V特性。发现在栅脉冲条件下器件最大漏输出电流减小了23.8%,且随着栅脉冲宽度减小或周期增大而下降,并且获得了其输出电流与脉冲宽度W和周期T的定量关系;在漏脉冲测试条件下,器件输出电流有所增大,并随着脉冲宽度减小而缓慢增大。实验结果,可用器件栅漏之间表面态充放电的原理来解释所观察到的测试现象和电流崩塌物理。     

基于GaN HEMT器件的P波段小型化40 W发射模块

氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件具有高功率和功率密度、高导热率、高击穿场强、宽工作频带等特点,适合小型化、宽频带、大功率应用.基于GaN功率器件的特点研制了P波段宽带小型化40 W发射模块.通过负载牵引技术对GaN HEMT器件进行了大信号参数的提取,运用ADS软件进行了匹配电路的设计,对功率放大器的性能指标进行了优化,并基于LTC4440和nMOS器件设计了高压脉冲调制电路.研制结果表明,该模块在400 MHz工作带宽内(相对带宽100％)的输出功率为46.6 dBm (45.7 W),功率增益为36.6 dB,功率附加效率(PAE)为40.4％,杂波抑制为65.7 dBc,脉冲项降为0.4 dB,脉冲上升时间为75 ns,脉冲下降时间为50 ns,模块尺寸为50 mm×40 mm×20 mm.     

GaN基HEMT器件的优化设计北大核心CSCD

针对氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件自热效应以及电流崩塌效应导致器件性能退化和失效的问题,研究了通过合理改变器件参数尺寸优化GaN基HEMT器件的设计,提高器件性能。通过仿真软件模拟了器件各参数对于GaN器件电学性能的影响,分析了不同衬底构成对GaN HEMT器件自热效应的影响,系统研究了GaN HEMT器件相关参数改变对自热效应及器件电学性能的影响。结果表明:Si及金刚石组成的衬底中减小Si层的厚度有利于减小器件的自热效应,降低有源区最高温度。为提高器件性能以及进一步优化GaN基HEMT器件设计提供了一定的理论参考。     

一种新型的常通型GaN HEMT器件

对新型常通型GaN HEMT器件的特性和参数进行了研究。阐述了其静态特性、动态特性及电流崩塌问题。针对其动态特性,与相近规格的Si MOSFET器件（TK2Q60D）在开通、关断时间与栅源电压的关系方面进行了对比,探讨了常通型GaN HEMT器件在不同输入电压和不同开关频率下的电流崩塌现象,并采用Boost电路,对常通型GaN HEMT器件和Si MOSFET器件的最高工作频率能力进行了对比。实验结果表明,常通型GaN HEMT器件具有更高的工作频率,且工作频率的升高不影响电流崩塌现象。