射频和微波高功率氮化镓基晶体管集约建模研究

发布时间：2021-09-06 10:47

　　氮化镓是第三代先进半导体材料,兼具宽禁带、高热容量、高热传导系数、低电阻率、高电子迁移率等特性。半导体工艺制程的终极目标是芯片设计,而好的集约模型则是芯片设计和半导体工艺之间的桥梁。本论文聚焦于射频高功率氮化镓基晶体管集约建模研究,主要的创新工作可以概括如下:1.基于优化算法的氮化镓小信号等效电路参数提取方法:提出了内部Y参数和外部Y参数误差损失函数。传统优化方法一般使用本征参数对频率的方差作为参考误差,缺陷是受测试不确定性和噪声的影响很大,而本论文提出的内部和外部Y参数误差函数有效地解决了这个问题。另外使用外部Y参数作为误差参考面是根据π型网络结构所设计的,相比于传统的S参数误差,其计算损失函数时更加高效。论文还创新性地使用人工智能蜂群算法作为优化算子,为保证结果具有物理意义,利用校准结构件和零偏置场效应管提取法为参数提供上下边界。这一方法的优点在于,当物理提取法失效或者等效电路发生改变时,该方法也可以继续使用,是现有寄生参数提取方法的一个重要补充。2.基于降维技术的半导体器件大信号经验模型:该模型方法的核心把经验公式和泰勒级数进行了有机地融合,强非线性的维度用传统的经验公式来表征,... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１：?（ａ）为各类半导体材料及器件的典型工作频率与功率之间的关系；（ｂ）为各种通讯情景应用??

图１．２：芯片设计制造产业流程示意图??１．２国内外研宄现状??集约模型目标是重现器件的端口电学特性，其本质是对器件的电流和电荷进行建模

博士学位论文?射频和微波高功率氮化镓基晶体管集约建模研宄??Ｒｏｏｔ模型属于查找类型，由Ｄａｖｉｄ?Ｒｏｏｔ于１９９１年提出，该模型由栅极电流源（心）、??电荷源（＆），以及漏极电流源（／〃）和电荷源（少）构成［６，７３］，大信号模型内部拓扑??结构如图１．３所示。??Ｇａｔｅ?Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ?Ｐａｒｔ?Ｄｒａｉｎ??今Ｑｇ?Ｑｄ?Ｉｄ（）??丄?Ｓｏｕｒｃｅ??图１．３：?Ｒｏｏｔ大信号模型内部拓扑结构示意图??Ｒｏｏｔ模型的小信号电流电压和Ｉ－Ｖ／Ｑ－Ｖ的关系为??．?ｄｌｋ?．?ｄｌｋ?．?．?ｄＱｋ?，?．?ｄＱｋ??４?（ｉ．ｉ）??其中／ｃ?＝?｛＾?ｉ为小信号电流；％ｓ为小信号栅－源激励电压；ｖｄｓ为小信号漏－源激励??电压；为／ｆｃ本构电流源；为本构电荷源，其中本构源和小信号Ｙ参数的关系为??Ｆ１：ｔ?＝?—?＝?ｇｌｔ?＋?ｊｃｊｃｘｌ?＝?＋?ｊｃｏ＾ｒ１＇?（１２）??１１?ｖａｓＶｄｓ＝０?＾１１?Ｊ?１１?ｄｖｇｓ?Ｊ?ｄｖｇｓ??Ｙｌ２＝＾ｌｇｓ，〇＝３ｌ２＋Ｊａ）Ｃｉ２＝＾ｔ?＋?ｊ（〇＾ｔ?〇－３）??７２１＝＾Ｌ＝ｏ?＝?＂２１＋ｙ＂Ｃ２１＝＾＋；＇＾?〇．４）??－ｒ?ｉｄ?．?．?＿?ｄｉｄ?．?？?ｄＱｄ??＾２２?＝?Ｖ５Ｓ＝０?＝?５２２?＋?Ｊ（Ｘ）Ｃ２２?＝＾ｓ＋］（ｌ）＾Ｕｓ?０．５）??而大信号模型本构关系则可以直接对本征Ｙ参数进行路径积分得到：??ｌｇ（Ｖｇｓｆ?＾ｄｓ）?＝?ｆ?９ｉｉｄＶｇｓ?＋?ｊ?ｇｉ２＾ｄｓ?（１．６）??ｌｄ（Ｖｇｓ＾?＾ｄｓ）?＝?ｊ?ｇ２１＾ｇｓ?＋?ｉ?９２２＾ｄｓ?（１．７）??ＱｇＯ＾ｇｓ

【参考文献】：
期刊论文
[1]Formation of two-dimensional electron gas at AlGaN/GaN heterostructure and the derivation of its sheet density expression[J]. 何晓光,赵德刚,江德生.  Chinese Physics B. 2015(06)



本文编号：3387317