AlGaN/GaN HEMT功率器件建模研究及高效率放大器设计

发布时间：2023-04-05 09:50

　　随着无线通信和雷达探测等领域的快速发展，现代电子设备对微波功率晶体管的工作频率和功率密度等方面的要求越来越高。与第一代和第二代半导体材料相比，以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料，具有更高的耐压性能、更快的电子迁移率、更高的热导率以及更好的抗辐射性能，因此成为半导体器件研究的热点。其中，由于GaN功率器件具有更好的高频性能和更高的功率品质因子，使得它比SiC器件在高频大功率的应用上有着更为广阔的发展前景。目前，GaN功率器件的制备已经取得了一定进展，但其建模工作却相对滞后。GaN功率器件的模型在电路设计中起着关键性作用，模型的适用性和准确性对微波电路设计结果有着非常重要的影响。与传统功率器件相比，AlGaN/GaN HEMT在沟道形成和电流密度上都存在不小差异。目前的功率器件模型对其自热效应和非线性特性的描述还存在一定误差，这在一定程度上限制了GaN功率器件的发展。为加速GaN功率器件的应用，改进电路设计，促进GaN功率器件全面发展，急需对GaN功率器件进行建模研究。本文对AlGaN/GaN HEMT功率器件的关键特性进行了分析，围绕功率器件的经验基模型展开研究，改进了非线性等效电...

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 半导体功率器件的发展历程
    1.2 国内外 AlGaN/GaN HEMT 建模领域的发展
    1.3 GaN 功率器件模型存在的问题
    1.4 本篇论文的研究任务及意义
第二章 AlGaN/GaN HEMT 材料特性及工作机理
    2.1 GaN 材料特性及生长工艺
        2.1.1 GaN 材料的晶体结构和单晶生长技术
        2.1.2 外延层生长技术
        2.1.3 欧姆接触与肖特基接触
    2.2 AlGaN/GaN HEMT 器件结构特性和导电性能
        2.2.1 AlGaN/GaN 异质结的二维电子气
        2.2.2 AlGaN/GaN HEMT 的导电机理和主要参数
        2.2.3 AlGaN/GaN HEMT 功率器件的结构改进技术
    2.3 AlGaN/GaN HEMT 功率器件自热效应
        2.3.1 温度对载流子迁移率的影响
        2.3.2 温度对热导率和漏源电阻的影响
        2.3.3 温度对漏源电流的影响
    2.4 本章小结
第三章 AlGaN/GaN HEMT 等效电路模型研究
    3.1 等效电路模型简述
        3.1.1 等效电路模型与器件功能区的对应关系
        3.1.2 等效电路模型的建模步骤
    3.2 AlGaN/GaN HEMT 小信号等效电路
        3.2.1 小信号等效电路模型中主要等效元件的意义
        3.2.2 小信号等效电路模型中等效元件数值的提取方法
        3.2.3 改进的小信号等效电路参数提取方法
    3.3 AlGaN/GaN HEMT 大信号等效电路
        3.3.1 常见大信号等效电路模型
        3.3.2 改进的非线性电流模型
        3.3.3 改进的非线性电容模型
        3.3.4 改进的非线性电路模型对器件输出特性的预测
        3.3.5 含温度分布效应的电路模型对器件输出特性的预测
    3.4 本章小结
第四章 改进的 KNN 算法在 GaN 功率器件建模中的应用
    4.1 KNN 算法理论基础
        4.1.1 KNN 算法的概率论数学基础
        4.1.2 KNN 算法的计算步骤
        4.1.3 KNN 算法的优点和缺点
    4.2 AlGaN/GaN HEMT 功率器件黑盒子表格模型
        4.2.1 根据功率器件特点对 KNN 算法进行的改进
        4.2.2 非线性参量表格模型的建立
        4.2.3 非线性参量的预测
        4.2.4 表格模型对器件输出特性的预测
    4.3 本章小结
第五章 X 参数提取 Volterra 级数用于放大器建模
    5.1 X 参数简介
        5.1.1 X 参数的理论基础和计算方法
        5.1.2 X 参数的仿真测试和提取
    5.2 Volterra 级数理论基础
        5.2.1 Volterra 级数的时域表达式
        5.2.2 Volterra 级数的频域表达式
    5.3 X 参数提取 Volterra 级数的方法
    5.4 放大器输出特性预测
    5.5 本章小结
第六章 等效电路模型为基础的 GaN 高效率功率放大器设计
    6.1 功率放大器工作类型简介
        6.1.1 基本工作类型
        6.1.2 高效率工作类型
    6.2 AB 类功率放大器的设计与测试
        6.2.1 50W 功率器件非线性 SDD 模型
        6.2.2 AB 类功率放大器的设计
        6.2.3 AB 类功率放大模块的测试与分析
    6.3 基于谐波调制技术的功率放大器设计与测试
        6.3.1 10W 功率器件非线性 SDD 模型
        6.3.2 基于谐波调制技术的功率放大电路设计
        6.3.3 基于谐波调制技术的功率放大模块的测试与分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
读博期间发表的论文
附录



本文编号：3783198