AlGaN-GaN HEMT建模與電路設計.pdf

1、氮化鎵材料有著高電子遷移率與高熱導率而成為第三代半導體材料的代表，隨著外延技術的進步，材料生長與工藝水平發(fā)展，氮化鎵材料受到各界的關注越來越多，應用于功率放大器方向的氮化鎵材料同樣受到更多的研究。電路設計首先要利用計算機輔助軟件進行仿真設計，精準的模型與參數提取是電路設計的前提與重點，只有精確的模型才能增大電路設計的可靠性并縮短研究時間，因而模型的簡單化與精確化是目前研究的熱點。
　　本論文在第一部分是氮化鎵高電子遷移率晶體管在功

2、率放大器應用上的理論介紹。首先簡單的介紹了氮化鎵高電子遷移率晶體管工作原理以及特性，之后詳細分析了幾類功率放大器的差別與優(yōu)劣，并介紹我們設計功率放大器時需要注意的輸出功率、效率等指標，分析在設計電路時我們用到的穩(wěn)定電路與偏置電路，匹配電路用到的幾種匹配方式以及微帶線理論。
　　第二部分是氮化鎵高電子遷移率晶體管的建模工作介紹。小信號模型參數的提取離不開精準的S參數測試，因而首先介紹了建模需要用到的導納參數矩陣、阻抗參數矩陣與S參數

3、矩陣。其次，針對經典小信號模型提出一種更適用于氮化鎵基器件的19元件小信號等效電路，詳細研究其等效電路與參數提取流程。其中提取寄生參方法是根據測試的冷場條件S參數（漏壓為0V柵壓小于閾值電壓）與開路結構S參數，使用ADS軟件將S參數轉換成Y參數，然后在低頻下得到小信號等效電路寄生電容值的初值，去嵌寄生電容后的Y參數轉換成Z參數，最后在高頻條件下得到等效電路寄生電感與電阻的初值。提取本征參數方法是將漏極電壓Vds為30V柵極電壓Vgs為-

4、1.75V的偏置條件下測試的S參數，然后去嵌等效電路中的寄生參數，得到小信號等效電路的本征參數。最后，本文提出一種優(yōu)化方法，將得到小信號等效電路的初值進行調整，根據擬合效果得到最終小信號等效電路的模型與參數。
　　第三部分是電路設計介紹。根據最大增益特性原則，本文利用得到的小信號等效電路模型，設計了一個兩級小信號電路。其增益可以達到20dB，反射小于-25dB。利用Cree公司的CGHV1J006D的晶體管設計一個AB類兩級大信號