AlGaN-GaN HEMT器件的建模及放大器設計.pdf

1、在硅(Si)和砷化鎵(GaAs)之后，氮化鎵(GaN)以其禁帶寬、擊穿電壓高、電子飽和速率高、穩(wěn)定性和導熱性好等優(yōu)良特性，被人們稱為第三代半導體。GaN材料的這些特性使得AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)在高溫、高頻、大功率等方面的應用場合有很大的優(yōu)勢。
　　 隨著軍用和民用通訊市場的不斷開拓與發(fā)展，人們對于AlGaN/GaN HEMT器件的可靠性及電路設計等方面都提出了更高的要求。雖然人們對GaN微波功率器件的研

2、究已經(jīng)持續(xù)了多年，但器件可靠性、AlGaN/GaN HEMT器件的小信號及大信號建模理論方面的研究成果較少，模型方面大多沿用MESFET和GaAs的已有模型理論，無法很好的描述GaN器件特有的高頻特性。
　　 本論文提出了一種新的適用于柵偏源結構AlGaN/GaN HEMT器件的18元件19參數(shù)小信號等效電路模型。與經(jīng)典的FET模型相比，新模型考慮了GaN在高頻情況下的分布電容以及柵偏源結構引起的不對稱性，所以在高頻下有更好的模

3、擬精度。從新的等效電路模型的電路結構出發(fā)，我們基于MATLAB開發(fā)了一套完備的電路參數(shù)提取軟件。在比較了模型計算出的器件小信號S參數(shù)與實際測量的S參數(shù)后，我們發(fā)現(xiàn)此模型在20GHz范圍內(nèi)和各種偏置方式下均有較高的精度。在此小信號模型的基礎上，我們又建立了AlGaN/GaN HEMT器件的大信號模型，并取得了較好的模擬效果。
　　 Load-Pull系統(tǒng)是測量器件微波大信號特性的重要工具，但較為系統(tǒng)的資料很少。在論文中我們基于自己

4、的使用經(jīng)驗，對其系統(tǒng)的搭建、校準及測量的步驟進行了說明，并對系統(tǒng)的使用提出了若干建議。
　　 基于測試結果，我們完成了X波段AlGaN/GaN HEMT器件的雙路合成固態(tài)放大器設計。電路采用了2.5mm柵寬的SiC襯底AlGaN/GaN HEMT器件。模塊由器件、Wilkinson功率合成/分配器、偏置電路和微帶匹配電路構成。為了保證器件的穩(wěn)定工作，我們特別設計了RC穩(wěn)定網(wǎng)絡。在連續(xù)波的條件下(直流偏置電壓為Vds=27V，Vg