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亚微米GaAs PHEMT器件及其小信号建模

李拂晓  
【摘要】: 自从1951年提出异质结概念以来,以异质结理论为基础的半导体器件就得到的迅猛发展。和同质结相比,异质结构所具有的高电子浓度、高迁移率等优点,促使了半导体器件向微波/毫米波频域发展。因此,自1985年Rosenberg和Ketterson发明PHEMT器件以来,PHEMT技术就成为各国研究的热点。经过数十年的发展,PHEMT器件以其良好的高频特性、功率特性和噪声特性在军事/民用领域表现出巨大的应用前景,例如雷达、通讯和自动控制等。本文将在前人研究的基础上,研制低噪声GaAs PHEMT器件。为了得到性能优良的PHEMT器件,论文包含了如下的三个方面: 首先是设计了低噪声PHEMT器件的结构,因为结构是决定性能的主要因素。PHEMT器件的结构设主要分为横向结构设计和纵向结构设计。在纵向结构设计中,本文首先根据FET器件的I-V模型,分析了影响器件性能的主要参数,然后再利用POSES软件数值求解了层结构和器件参数之间的关系;而在横向结构设计中,本文依据典型的FET小信号等效电路模型,定性地分析了版图对器件性能的影响;最后,根据上述分析结果,得到了PHEMT器件的结构尺寸。 其次,是进行了器件的工艺设计。基于原有的MESFET工艺,本文给出了PHEMT器件的基本工艺流程,并详细分析了影响器件性能的关键工艺,最终得到性能较为优异的PHEMT器件。通过对0.5μm*40μm*3 PHEMT器件的测试,得到器件基本的性能参数为: I_(DSS) = 186mA/mm、g_(max) = 379mS/mm、f_T = 25GHz、f_(max) = 52GHz。 最后是分析了PHEMT器件的小信号模型。利用参数直接提取法,本文在ICCAP软件中编写了小信号建模软件。通过对各种结构和尺寸FET的测试分析,表明该建模软件能精确描述0.1~20GHz频域内器件的小信号特性。


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