表面势基GaAs pHEMT大信号模型研究

作     者：夏颖 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘军

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：GaAs pHEMT 功率器件 表面势 大信号模型 尺寸缩放 

摘      要：随着5G时代的火热袭来,具有良好高频、低噪声以及低损耗特性的Ga As基p HEMT器件,在5G基站中高频功率放大器方向发挥着明显的优势。通过半导体器件建模技术,能够准确表征Ga As p HEMT的电学特性,指导其工艺结构优化以及提高产品的良率。对Ga As p HEMT而言,目前行业内基本只有经验基模型对其表征。相对而言,物理基模型从器件载流子运输机理出发,结合能级理论、泊松方程等对器件特性进行表征,参数较少且高阶导数收敛性和模型的扩展性较好。在5G通信对功率器件高线性度和高输出功率等的严格要求下,亟需一套物理基大信号模型对Ga As p HEMT进行建模。本文基于表面势ASM模型的内核方程,开发针对Ga As p HEMT的物理基电流和电荷模型,主要内容如下:（1）简单介绍了Ga As材料的优势以及Ga As p HEMT的结构组成、工作原理和基本的电学特性。基于射频在片测试技术,研究了Ga As p HEMT的小信号和大信号测试系统和流程。（2）详细推导了表面势ASM模型的核心表面势方程,更加深入地理解了表面势模型的底层原理,为后文基于表面势理论为Ga As p HEMT建立物理基的大信号模型提供了强有力的理论支撑。（3）基于ASM模型的内核表面势方程开发出Ga As p HEMT的物理基大信号模型。提出了大信号的拓扑结构和小信号模型参数提取方法,分析了表面势基Ga As p HEMT大信号模型的开发机制。结合国内某0.5um工艺线提供的器件实测数据,详细阐述了大信号模型的参数提取流程。（4）对表面势基Ga As p HEMT大信号模型进行了小信号S参数和非线性功率特性的验证,并建立了0.5um工艺下表面势基Ga As p HEMT的尺寸可缩放模型。结果表明,本文所提出的表面势基大信号模型在0.025-40.025GHz频段内具有良好的精度、三阶以内的高阶收敛性以及灵活的可扩展性,并且满足器件最大输出功率等非线性指标。