GaAs pHEMT开关器件大信号模型研究
发布时间：2021-09-09 14:26
射频开关器件是各种现代无线通信系统中的关键元件。Ga As p HEMT开关器件对比传统PIN开关器件,由于其偏置网络简单、直流功耗低、开关速度快和集成度较高,所以在射频电路中的应用愈加广泛。精确的Ga As p HEMT开关器件模型对提高器件性能、缩短相关集成电路的设计周期、降低设计成本和提高集成电路生产良率等方面具有重要的意义。本文针对国产Ga As p HEMT生产线,采用经验基模型和尺寸缩放模型的建模方法,对Ga As p HEMT开关器件大信号模型进行了系统的研究。主要内容包括:（1）对Ga As p HEMT器件的制作材料和底层物理结构进行了研究,阐述了Ga As p HEMT器件的工作原理和相关电学特性。对小信号与大信号在片测试系统进行了简单的介绍,对器件建模过程中的去嵌入技术进行了研究。（2）对三种常用的经验基HEMT大信号模型的数学方程进行了详细的分析,并通过对Ga As p HEMT器件进行建模和验证,通过对比验证拟合结果,选出EEHTMT大信号模型作为Ga As p HEMT开关器件大信号模型的开发基础。（3）对多栅开关器件的小信号模型进行研究。提出了一种多栅极G...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的射频前端模块
杭州电子科技大学硕士学位论文10维电子气运动的阻隔，此外由于缓冲层的禁带宽度通常比衬底的禁带宽度更大，可以有效禁止电子从沟道层进入缓冲层，从而维持二维电子气的浓度。图2.1AlGaAs/GaAsHEMT结构示意图沟道层：由于AlGaAs与GaAs之间的晶格常数有所不同，所以一般会采用应变晶格的方式来生长制作InGaAs沟道，以防止出现失配晶格。采用调制In的含量的方式就可以改变晶格常数，同时为了使InGaAs与GaAs之间的晶格常数也保持一定的对用，In的的交换机含量也不能太高，通常In含量为0.2-0.5。势垒层：由能带理论中可知，禁带宽度不同的异质结可以在异质临界位置禁带宽度较小的一侧，可以产生量子阱；当对势垒层掺入施主杂质时，势垒层中的电子将转移到沟道层，由于量子阱的存在，就形成了二维电子气。AlGaAs是GaAs基pHEMT中最常见的势垒层材料，势垒层的禁带宽度通常和Al的组分呈正相关。根据能带理论，异质结之间的能带差值增大可以增大二维电子气的浓度。但是Al的组分也不能无限制地增加，主要是由于Al增加会导致Dx中心会显著增大，不仅会降低二维电子气浓度，并且对瞬态电荷的分布产生作用，从而影响器件在不同的温度下的特性。Spacer层：二维电子气与施主离子在空间上是分离的，但是施主离子的库伦散射对载流子依然存在，并且由于势垒层电场的影响，载流子一般接近异质结表面，此时的载流子速度会受到界面的作用而发生变化。为了进一步提高器件性能，在势垒层和沟道层中间可以加入未掺杂的spacer层，通过调节载流子和施主杂质离子之间的距离，以减少杂质散射的对载流子迁移率和浓度的作用。Cap层：源漏欧姆接触对半导体器件性能的影响十分显著，对于传统体硅材料，通常采用高掺杂的阱来形成源漏接触。但是直接势垒层上进行高掺杂来形成?
杭州电子科技大学硕士学位论文11AlGaAs/InGaAs/GaAs异质结的能带示意图如图2.2所示。图2.2AlGaAs/InGaAs/GaAs异质结能带示意图2.1.3GaAspHEMT的器件特性在射频器件应用时，GaAspHEMT通常应用于放大器、开关和混频器等射频前端模块电路中[35-36]。在射频器件建模过程中应考虑GaAspHEMT器件实际应用电路所需性能指标，并作为参数提取的重要影响因素。表2.2为器件特性相关参数的定义。表2.2器件特性相关参数定义名称定义Idss漏极饱和电流栅源电压Vgs=0时，漏源电压Vds大于夹断电压时，对应的源漏电流Vt阈值电压使器件沟道夹断的外加VgsGm跨导漏电流相对于栅源电压的变化率Gds输出电导漏电流相对于源漏电压的变化率ft截止频率电流增益为1时的频率fmax最大振荡频率功率增益为1时的频率NF噪声系数输出/输入端信噪比之比S-parameter散射参数用入射电压波和反射电压波的方式来定义网络的输入输出关系其中S参数是通过传输波的入射和反射来计算，用来描述二端口的网络特性。在这里，定义an为归一化入射电压波，bn为归一化反射电压波，散射矩阵为：S=[S11S12S21S22](2.1)其中：S11为输出端匹配时的输入反射系数，计算公式为S11=b1(l1)a1(l1)|a2(l2)=0
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种单片集成有源开关滤波器组设计[J]. 谢书珊. 现代雷达. 2017(11)
[2]An improved temperature-dependent large signal model of microwave GaN HEMTs[J]. 汪昌思,徐跃杭,闻彰,陈志凯,徐锐敏. Journal of Semiconductors. 2016(07)
[3]A surface-potential-based model for AlGaN/AlN/GaN HEMT[J]. 汪洁,孙玲玲,刘军,周明珠. Journal of Semiconductors. 2013(09)
[4]Multi-bias capacitance voltage characteristic of AlGaN/GaN HEMT[J]. 蒲颜,王亮,袁婷婷,欧阳思华,庞磊,刘果果,罗卫军,刘新宇. 半导体学报. 2010(10)
[5]GaN HEMT器件22元件小信号模型[J]. 刘丹,陈晓娟,刘新宇,吴德馨. 半导体学报. 2007(09)
[6]一种新的AlGaN/GaN HEMT半经验直流特性模型[J]. 刘丹,陈晓娟,刘果果,和致经,刘新宇,吴德馨. 半导体学报. 2006(11)
博士论文
[1]微波毫米波GaN HEMT大信号模型研究[D]. 汪昌思.电子科技大学 2016
本文编号：3392257
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的射频前端模块
杭州电子科技大学硕士学位论文10维电子气运动的阻隔，此外由于缓冲层的禁带宽度通常比衬底的禁带宽度更大，可以有效禁止电子从沟道层进入缓冲层，从而维持二维电子气的浓度。图2.1AlGaAs/GaAsHEMT结构示意图沟道层：由于AlGaAs与GaAs之间的晶格常数有所不同，所以一般会采用应变晶格的方式来生长制作InGaAs沟道，以防止出现失配晶格。采用调制In的含量的方式就可以改变晶格常数，同时为了使InGaAs与GaAs之间的晶格常数也保持一定的对用，In的的交换机含量也不能太高，通常In含量为0.2-0.5。势垒层：由能带理论中可知，禁带宽度不同的异质结可以在异质临界位置禁带宽度较小的一侧，可以产生量子阱；当对势垒层掺入施主杂质时，势垒层中的电子将转移到沟道层，由于量子阱的存在，就形成了二维电子气。AlGaAs是GaAs基pHEMT中最常见的势垒层材料，势垒层的禁带宽度通常和Al的组分呈正相关。根据能带理论，异质结之间的能带差值增大可以增大二维电子气的浓度。但是Al的组分也不能无限制地增加，主要是由于Al增加会导致Dx中心会显著增大，不仅会降低二维电子气浓度，并且对瞬态电荷的分布产生作用，从而影响器件在不同的温度下的特性。Spacer层：二维电子气与施主离子在空间上是分离的，但是施主离子的库伦散射对载流子依然存在，并且由于势垒层电场的影响，载流子一般接近异质结表面，此时的载流子速度会受到界面的作用而发生变化。为了进一步提高器件性能，在势垒层和沟道层中间可以加入未掺杂的spacer层，通过调节载流子和施主杂质离子之间的距离，以减少杂质散射的对载流子迁移率和浓度的作用。Cap层：源漏欧姆接触对半导体器件性能的影响十分显著，对于传统体硅材料，通常采用高掺杂的阱来形成源漏接触。但是直接势垒层上进行高掺杂来形成?
杭州电子科技大学硕士学位论文11AlGaAs/InGaAs/GaAs异质结的能带示意图如图2.2所示。图2.2AlGaAs/InGaAs/GaAs异质结能带示意图2.1.3GaAspHEMT的器件特性在射频器件应用时，GaAspHEMT通常应用于放大器、开关和混频器等射频前端模块电路中[35-36]。在射频器件建模过程中应考虑GaAspHEMT器件实际应用电路所需性能指标，并作为参数提取的重要影响因素。表2.2为器件特性相关参数的定义。表2.2器件特性相关参数定义名称定义Idss漏极饱和电流栅源电压Vgs=0时，漏源电压Vds大于夹断电压时，对应的源漏电流Vt阈值电压使器件沟道夹断的外加VgsGm跨导漏电流相对于栅源电压的变化率Gds输出电导漏电流相对于源漏电压的变化率ft截止频率电流增益为1时的频率fmax最大振荡频率功率增益为1时的频率NF噪声系数输出/输入端信噪比之比S-parameter散射参数用入射电压波和反射电压波的方式来定义网络的输入输出关系其中S参数是通过传输波的入射和反射来计算，用来描述二端口的网络特性。在这里，定义an为归一化入射电压波，bn为归一化反射电压波，散射矩阵为：S=[S11S12S21S22](2.1)其中：S11为输出端匹配时的输入反射系数，计算公式为S11=b1(l1)a1(l1)|a2(l2)=0
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种单片集成有源开关滤波器组设计[J]. 谢书珊. 现代雷达. 2017(11)
[2]An improved temperature-dependent large signal model of microwave GaN HEMTs[J]. 汪昌思,徐跃杭,闻彰,陈志凯,徐锐敏. Journal of Semiconductors. 2016(07)
[3]A surface-potential-based model for AlGaN/AlN/GaN HEMT[J]. 汪洁,孙玲玲,刘军,周明珠. Journal of Semiconductors. 2013(09)
[4]Multi-bias capacitance voltage characteristic of AlGaN/GaN HEMT[J]. 蒲颜,王亮,袁婷婷,欧阳思华,庞磊,刘果果,罗卫军,刘新宇. 半导体学报. 2010(10)
[5]GaN HEMT器件22元件小信号模型[J]. 刘丹,陈晓娟,刘新宇,吴德馨. 半导体学报. 2007(09)
[6]一种新的AlGaN/GaN HEMT半经验直流特性模型[J]. 刘丹,陈晓娟,刘果果,和致经,刘新宇,吴德馨. 半导体学报. 2006(11)
博士论文
[1]微波毫米波GaN HEMT大信号模型研究[D]. 汪昌思.电子科技大学 2016
本文编号：3392257
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