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氮化镓高电子迁移率晶体管的参数提取与灵敏度分析

骆丹婷  
【摘要】:基于宽禁带氮化镓(GaN)制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)在大功率、高温和高频应用中具有极大的发展潜力,因此在微波毫米波领域引起了越来越多的关注。半导体器件的建模是微波集成电路设计的基础,在功率放大器、振荡器、混频器等的辅助设计中有着非常重要的作用,而器件模型的准确性往往由模型参数的提取技术决定。HEMT器件小信号等效电路参数提取方法主要分为直接提取法和数值分析优化方法。数值分析优化方法将测量S参数通过数值方法优化得到符合测量结果的模型参数值,但是存在参数值收敛于非物理值的缺点。直接提取模型参数方法虽然速度很快,但通常需要进一步优化来提高参数的准确性。而基于蒙特卡洛的灵敏度分析可用来确定本征参数的最佳值。在器件建模和参数提取中,灵敏度分析可用来优化本征参数,提高参数提取的准确性。本文基于GaN HEMT器件,对模型参数的提取技术和本征参数的灵敏度进行了研究,主要内容包括:1)介绍了半导体器件建模的基本流程和模型参数提取过程中的去嵌技术2)提出了一种改进的小信号等效电路模型参数提取技术,该方法将测试结构参数提取方法、反向截止参数提取方法与灵敏度分析优化方法相结合;3)推导了小信号等效电路模型中本征参数对测量S参数的灵敏度表达式,应用灵敏度分析优化了本征参数;4)对栅宽为2×100μm、栅长为0.25μm的GaN HEMT器件进行了参数提取与灵敏度分析,在多偏置条件下进行了测量S参数与模拟S参数的比较,结果表明在100 MHz-40 GHz的频率范围内均吻合地很好;5)研究了EEHEMT非线性等效电路模型,提取了相应的模型参数并进行了S参数的仿真验证。


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