检索结果-南通市图书馆

作者：刘岑松杭州电子科技大学

学位级别：硕士

氮化镓(GaN)作为第三代半导体的杰出代表,具有高热导率、高电子迁移率、高击穿场强和耐高温等优点。由于上述优秀特性,基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管(HEMT)被认为是电力应用的最佳选择之一。一个高精度GaN HEMT模型不仅可以降低... 详细信息

氮化镓(GaN)作为第三代半导体的杰出代表,具有高热导率、高电子迁移率、高击穿场强和耐高温等优点。由于上述优秀特性,基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管(HEMT)被认为是电力应用的最佳选择之一。一个高精度GaN HEMT模型不仅可以降低研发成本和周期,还可以指导器件的电路设计,因此研究GaN HEMT器件建模具有重要意义。目前主要的GaN HEMT模型有经验基模型和物理基模型,国内外研究者对其开展了大量研究。其中,物理基模型的大部分参数具有物理意义,且模型的可缩放性较好,对器件的优化改进有指导作用,是研究的热点。然而GaN HEMT器件存在测试困难和物理效应复杂等问题,大大增加了器件物理建模的难度。因此,本文针对GaN HEMT物理基可缩放模型的建模方法开展了深入研究,主要研究内容和创新点如下:(1)介绍了GaN材料和GaN HEMT器件的基本原理知识。详细介绍了ASM-HEMT模型,推导了模型的核心公式,并介绍了物理效应的建模方法。为后续基于ASM模型改进得到GaN HEMT物理基可缩放模型提供了理论支撑。(2)考虑了GaN HEMT器件的场板寄生效应,提出了含有场板寄生电容的GaN HEMT小信号等效电路模型。对GaN HEMT在片测试技术和数据去嵌算法进行了大致介绍。最后详细说明了小信号模型的参数提取方法,并对小信号模型进行了验证,验证结果表明模型的通用性较高且精度良好。(3)基于表面势基ASM-HEMT模型,改进得到GaN HEMT物理基大信号模型。改进的模型对场板模型进行了合并简化,极大提升了模型的仿真速度和收敛性;对栅极电流模型方程进行了修改,通过加入经验方程对漏极电流模型和电容模型进行优化,提升了模型的拟合精度;采用带有二极管的RC网络对陷阱效应进行了动态模拟,并利用脉冲测试法对自热效应进行研究。(4)详细介绍了改进的GaN HEMT物理基大信号模型的参数提取流程,并结合国产0.25μm工艺GaN HEMT器件测试数据对拟合结果进行了展示。对提出的GaN HEMT大信号模型建立了尺寸缩放方程,详细介绍了尺寸缩放规则,得到了完整的大信号模型。最后通过不同尺寸GaN HEMT器件的测试数据对大信号尺寸缩放模型进行了验证,验证结果表明本文所提出的GaN HEMT物理基大信号可缩放模型具有精度高、可扩展性强和收敛性好等优点。

关键词： GaN HEMT 物理基模型小信号模型大信号模型缩放模型

微波GaN HEMT物理基大信号模型参数提取方法研究

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微波GaN HEMT物理基大信号模型参数提取方法研究

作者：张佳琪电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信设备、雷达等系统对器件大功率输出特性需求的逐步增加,第三代半导体材料应运而生。GaN作为第三代半导体材料中的代表材料,具有高电子迁移率、高击穿电场、高热导率等特性,相对于硅基或砷化镓等传统材料,基于GaN工艺所设计的功... 详细信息

随着通信设备、雷达等系统对器件大功率输出特性需求的逐步增加,第三代半导体材料应运而生。GaN作为第三代半导体材料中的代表材料,具有高电子迁移率、高击穿电场、高热导率等特性,相对于硅基或砷化镓等传统材料,基于GaN工艺所设计的功率器件在高效率大功率方面具有更广泛的应用前景。准确的大信号模型对器件的电路设计具有重要意义,非线性电流-电压(I-V)模型作为器件大信号模型的核心,其模型参数的提取是器件大信号建模的基础。快速准确的参数提取方法不仅能够提高建模的效率,而且能够缩短电路设计的周期。针对器件物理基模型参数快速提取的方法,本文研究内容如下:1.基于表面势的GaN HEMT等效电路I-V模型参数提取方法研究基于GaN HEMT器件的表面势理论,首先推导出了可正确反映器件特性的非线性漏源电流I的表达式,利用器件的S参数实测数据,建立器件的小信号等效电路模型,继而提出了一种流程化的I-V模型参数提取方法。该方法的主要思想是将模型参数按照是否具有明确的物理意义先分类,再逐步提取;具体的参数提取过程通过编程实现,将提取结果与器件直流特性实测数据进行对比,得到所建立的I-V模型能够准确模拟出器件的直流特性。再建立器件的C-V模型,最后对器件大信号模型进行验证,证明该参数提取方法具有较高精度。2.基于区域划分的GaN HEMT大信号等效电路模型参数提取方法研究区域划分模型的优势在于漏源电流的表达式较为简单,模型参数少,且具有更高的仿真收敛性。基于分区模型理论,本文基于栅长0.25μm的GaN HEMT工艺线,建立了器件的物理基大信号模型,模型参数的提取通过编程实现。通过对比仿真实测结果,验证了模型的有效性。为了进一步验证模型的工程应用性,本文将该模型应用于一款X波段GaN MMIC功率放大器的电路分析中,利用该模型得到电路仿真结果与功率放大器的实测结果吻合度较高,说明该模型精度较高,可用于电路的设计与分析。

关键词： GaN HEMT 物理基模型参数提取大信号模型

微波GaN HEMT功率器件物理基大信号模型研究

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微波GaN HEMT功率器件物理基大信号模型研究

作者：蔡抒言电子科技大学

学位级别：硕士

为了满足通讯系统日益增长的性能指标,亟需研发更加强大的微波功率器件。用GaN材料制作的高电子迁移率晶体管（HEMT）,因其高频率、高功率、高效率等特性,被广泛应用于微波电路之中。而半导体器件模型向下承接器件的工艺生产,可提高工... 详细信息

为了满足通讯系统日益增长的性能指标,亟需研发更加强大的微波功率器件。用GaN材料制作的高电子迁移率晶体管（HEMT）,因其高频率、高功率、高效率等特性,被广泛应用于微波电路之中。而半导体器件模型向下承接器件的工艺生产,可提高工艺水平,向上承接器件的电路设计,可缩短设计周期,是整个半导体产业链中不可或缺的关键部分,所以针对GaN HEMT器件建立准确的模型是非常有意义的。目前,针对GaN HEMT的经验基模型已经有许多报道,但经验基模型包含大量经验参数,且缺乏物理意义,不能指导器件设计。因此需要建立物理基大信号模型,建立器件微波特性与物理参数的直接联系。本文研究内容包括:基于区域划分的GaN HEMT物理基大信号模型研究:以小信号等效电路建模为起点,基于区域划分大信号模型理论,对栅长为0.25μm,栅宽10?125μm的微波GaN HEMT功率器件,建立了物理基大信号模型,并建立了一套完整的微波GaN HEMT物理基模型参数提取流程。对比仿真与实测结果,物理基大信号模型的误差控制在15%以内,证明了基于区域划分的物理基大信号模型具有高精度,并有良好的工程应用性。具有缩放效应的GaN HEMT物理基大信号模型研究:以小功率单胞器件的区域划分模型为基础,基于集总参数和多胞并联的缩放建模理论,对栅长为0.25μm的GaN HEMT多胞器件,建立了缩放模型,进一步提升了区域划分物理基模型的工程应用性。为了进一步验证模型的精度,本文还将多胞大信号模型应用于一款S波段的功率放大器中,利用缩放模型得到的电路仿真结果与器件实物的指标要求相比,具有12%的模型误差,说明了具有缩放效应的GaN HEMT物理基大信号模型具有很高的精度,可用于电路设计与分析。

关键词： GaN HEMT 物理基模型大信号模型缩放模型参数提取

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硅基GaN HEMT器件机理及模型研究

硅基GaN HEMT器件机理及模型研究

作者：罗志华电子科技大学

学位级别：硕士

模型是模拟器件电气特性的工具,是电路工程师与器件之间的桥梁,在电路设计研发中起到关键作用。一个精确的模型能在电路设计中辅助电路工程师较高精度地预估电路的性能参数,提高电路设计的成功率,缩短电路研发周期,降低开发成本。目前... 详细信息

模型是模拟器件电气特性的工具,是电路工程师与器件之间的桥梁,在电路设计研发中起到关键作用。一个精确的模型能在电路设计中辅助电路工程师较高精度地预估电路的性能参数,提高电路设计的成功率,缩短电路研发周期,降低开发成本。目前主流的GaN HEMT（氮化镓高电子迁移率晶体管）器件模型大都为以器件测量数据为基础建立的经验模型,对器件复杂的非理想效应预测有所欠缺,尤其是在电路仿真平台中,模型无法预测GaN HEMT器件在功率变换电路中不同频率不同漏源电压工作条件下器件发生的阈值电压漂移、导通电阻变化和电流崩塌现象,无法满足GaN单片集成IC快速发展的设计需求。因此本论文基于GaN HEMT器件本征物理特性,探索适用于Cadence、ADS电路仿真平台、可模拟器件在不同漏源电压和开关频率工作条件下的硅基GaN HEMT器件建模技术研究,建立了基于器件物理的硅基GaN HEMT器件模型库,为全GaN IC设计提供指导。本论文主要研究内容如下所示:（1）基于器件物理的硅基GaN HEMT器件模型研究。首先基于TCAD软件Sentaurus开展Al GaN/GaN界面陷阱中心和GaN Buffer缓冲层体陷阱中心对器件阈值电压与导通电阻影响的研究工作,对陷阱中心与器件特性变化之间做出定性分析,为后续陷阱效应模型参数修正提供参考依据。其次本论文创新性的以半导体载流子间接复合理论为基础,结合薛定谔泊松方程,建立了可适用于不同漏源电压和开关频率下硅基GaN HEMT器件阈值电压、漏侧沟道二维电子气电荷密度和漏极电流物理基计算模型。（2）硅基GaN HEMT器件模型参数提取技术和模型库建立技术研究。针对上述建立的硅基GaN HEMT物理基模型,开展p-GaN gate HEMT器件在不同关态漏源电压、不同开关频率下器件转移特性、输出特性测试工作,并基于本论文提出的硅基GaN HEMT器件模型参数提取方法,开展模型参数提取、拟合和建立工作,模型具备较高的预测性,验证本论文所建立模型的正确性。其次,立足于国内某GaN器件工艺平台,建立了可适用于Cadence、ADS仿真平台的包含增强型GaN逻辑器件、耗尽型GaN逻辑器件和增强型GaN功率器件的硅基GaN HEMT器件模型库,模型库对阈值电压、导通电阻、转移特性和输出特性拟合精度不低于0.86。

关键词： GaN HEMT器件陷阱效应物理基模型 GaN器件模型库

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基于表面势的HEMT模型研究

基于表面势的HEMT模型研究

作者：吕彬义杭州电子科技大学

学位级别：硕士

当前,微波/毫米波器件及其电路日益凸显出其在产业应用中的重要地位,已经成为微电子技术研究的热点。随着微电子技术的发展,对器件的要求也越来越高,硅基器件及其电路的局限性渐渐凸显出来。相比于业界主流的硅基MOS器件,化合物HEMT器... 详细信息

当前,微波/毫米波器件及其电路日益凸显出其在产业应用中的重要地位,已经成为微电子技术研究的热点。随着微电子技术的发展,对器件的要求也越来越高,硅基器件及其电路的局限性渐渐凸显出来。相比于业界主流的硅基MOS器件,化合物HEMT器件在超高速、低功耗、低噪声以及高击穿电压等方面有着明显的优势,特别表现在高频以及高功率电路的应用等方面。随着HEMT材料和器件的日益成熟和复杂,对HEMT模型的研究的重要性也就日益显现出来。一个好的HEMT模型对于提高电路设计效率,缩短电路研发周期,节约电路开发成本,使产品更加产业化有着极为明显的意义。相比于经验模型,HEMT器件的物理基模型的发展显然非常滞后。而随着PSP模型成为MOSFET深亚微米尺寸下工业界主流模型,表面势模型所表现出的优势也日益被人们所认识到。以往的一些对HEMT的研究也表明,用表面势的概念对HEMT进行建模是可行的。但是基于表面势的HEMT模型研究工作却极少见于报道。本文主要参考MOSFET中表面势基模型的分析方法,利用表面势的概念建立一套物理基的HEMT理论模型。本文首先分析了器件物理结构,利用能带关系和沟道中的泊松方程建立HEMT的表面势方程,接着利用解析近似求解的方法求解表面势,最后用表面势来建立电流方程和电荷方程。从结果上来看,本模型能基本表征HEMT器件的电流特性和电荷特性,这说明本模型对于HEMT器件物理模型的理论分析以及今后的工业应用具有积极的意义。而且在以往极少有工作在HEMT中研究表面势,从这个角度来说,本工作对于扩宽HEMT模型研究的思路具有开创性的意义。但是由于模型方程采用了一些分段和近似的处理,所以本模型在分段连接点和沟道开启点会存在一定的误差,这也是以后工作所要突破的重点。本文在第一章中阐述了HEMT及其模型研究的背景与意义,以及以往的一些HEMT模型研究。第二章中简单阐述了HEMT器件的基本结构,物理工作机理以及传统的物理分析方法。第三章中介绍了MOSFET器件中Pao-sah模型和薄层电荷模型这些原始表面势模型中表面势方程的建立以及分析的方法。同时也简要介绍了PSP模型中表面势解析求解的过程以及电流和电荷方程的建立和分析方法。在第四章中着重描述了HEMT中表面势基模型的分析与建立。第五章对于一些仿真结果进行了分析。

关键词： HEMT 模型表面势物理基模型

GaN器件大信号模型在MMIC成品率设计中的应用研究

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GaN器件大信号模型在MMIC成品率设计中的应用研究

作者：姚源电子科技大学

学位级别：硕士

宽禁带半导体晶体管——氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)在高频、高效率、高功率领域具有广泛的应用,已经成为了国内外微波半导体器件方面的研究热点。基于GaN HEMT建立的大信号晶体管模型是晶体管和电路的枢纽,对优化电路设计,提... 详细信息

宽禁带半导体晶体管——氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)在高频、高效率、高功率领域具有广泛的应用,已经成为了国内外微波半导体器件方面的研究热点。基于GaN HEMT建立的大信号晶体管模型是晶体管和电路的枢纽,对优化电路设计,提高晶体管性能有指导作用。目前,发展较为成熟的晶体管模型多为经验基模型,是以大量的拟合参数来表征晶体管的自热、色散等特性。然而随着工艺的不断改进、器件的发展,亟需能指导器件工艺和结构设计的物理基大信号模型。另一个方面,微波化合物半导体芯片的成品率优化设计一直以来是集成电路设计的难点,其主要原因是晶体管制备上工艺参数精确控制难,而在电路设计上又缺乏准确的大信号工艺统计模型。因此,如何建立晶体管微波特性与物理参数相关联的物理基统计模型成为了微波氮化镓电路设计和应用的关键。本文针对GaN HEMT开展了准物理基大信号模型和物理基统计模型研究,并基于统计模型提出了一种提高MMIC成品率的方法,主要研究内容如下:1.基于区域划分理论的GaN HEMT准物理基大信号模型研究。对栅长为0.15μm的GaN HEMT器件,首先通过测试得到晶体管的直流I-V、多偏置下的S参数以及大信号特性,然后基于区域划分理论,建立了准物理基大信号模型。最后经毫米波功放芯片验证结果表明,在23dBm输入,36GHz频点所建的大信号模型输出功率误差为1.4%、功率效率误差为1.8%、增益误差为2.2%。2.微波GaN HEMT物理基大信号统计模型研究。采用4个批次25个GaN HEMT器件,基于自建的区域划分模型,从I数据集出发,采用主成分分析法、因子分析法对数据集进行处理,建立了包含势垒层厚度、最大电子饱和速度、最大电子面密度、夹断时的电子面密度、饱和电子迁移率等物理参数统计特性的统计模型,大信号验证结果表明在36GHz处,不同输入功率下统计模型均值精度高于90%。3.基于大信号统计模型的成品率优化设计。通过对大信号统计模型中参数灵敏度的统计分析,提出了一种基于大信号统计模型的成品率优化设计方法。该方法首先在多参数波动下的负载牵引仿真得出阻抗分布图,然后建立阻抗点对应的输出特性与成品率的关系,最后找出成品率最大的阻抗点进行芯片设计。结果表明,在32GHz-38GHz频带内,新芯片成品率结果对比原始芯片结果提高了近10%。

关键词： GaN HEMT 大信号模型物理基模型统计模型成品率

高强度7055铝合金热变形行为实验与建模研究

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高强度7055铝合金热变形行为实验与建模研究