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Effect of X-ray irradiation on threshold voltage of Algan/gan hemts with p-gan and MIS Gates

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Nanotechnology and Precision Engineering 2020年第4期3卷 241-243页

作者： Yongle Qi Denggui Wang Jianjun Zhou Kai Zhang Yuechan Kong Suzhen Wu Tangsheng Chen Science and Technology on Monolithic Integrated Circuits and Modules Laboratory Nanjing Electronic Devices InstituteNanjing 210016China China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute Wuxi 204035China

Commercially available Algan/gan high-electron-mobility transistors(hemts)are beginning to enter the public scene froma range of *** on previous studies,commercial gan-based electronics are expected to be tolerant to different types of irradiation in *** test this assumption,we compared the characteristic electrical curves obtained at different X-ray irradiation doses for gan HEMT devices manufactured by Infineon and *** p-gan-based device was found to be more robust with a stable threshold voltage,whereas the threshold voltage of the device with ametal-insulator-semiconductor gatewas found to shift first in the negative and then the positive *** dynamic phenomenon is caused by the releasing and trapping effects of radiation-induced charges in the dielectric layer and at the interface of irradiated *** such,the p-gangate-based gan HEMT provides a promising solution for use as an electric source in space.

关键词： p-gan gate gan hemts X-ray irradiation Threshold voltage

An improved temperature-dependent large signal model of microwave gan hemts

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Journal of Semiconductors 2016年第7期37卷 68-75页

作者：汪昌思徐跃杭闻彰陈志凯徐锐敏 EHF Key Laboratory of Fundamental Science University of Electronic Science and Technology of China

Accurate modeling of the electrothermal effects of gan electronic devices is critical for reliability de- sign and assessment. In this paper, an improved temperature-dependent model for large signal equivalent circuit modeling of gan hemts is proposed. To accurately describe the thermal effects, a modified nonlinear thermal sub-circuit which is related not only to power dissipation, but also ambient temperature is used to calculate the variations of channel temperature of the device; the temperature-dependent parasitic and intrinsic elements are also taken into account in this model. The parameters of the thermal sub-circuit are extracted by using the numerical finite element method. The results show that better performance can be achieved by using the proposed large signal model in the range of-55 to 125℃ compared with the conventional model with a linear thermal sub-circuit.

关键词： gan hemts large signal model thermal resistance

gan hemts小信号等效电路建模与参数直接提取

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电子元件与材料 2021年第1期40卷 72-76页

作者：郑良川王军西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010

半导体技术飞速进步,第三代半导体氮化镓(gan)因其优越的性能近年来受到了广泛的关注与研究。数以万计的氮化镓高电子迁移率晶体管(gan HEMT)应用于微波和毫米波等领域,成为半导体产业研究的热点。本文在传统的氮化镓高电子迁移率晶体管... 详细信息

半导体技术飞速进步,第三代半导体氮化镓(gan)因其优越的性能近年来受到了广泛的关注与研究。数以万计的氮化镓高电子迁移率晶体管(gan HEMT)应用于微波和毫米波等领域,成为半导体产业研究的热点。本文在传统的氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemts)小信号等效电路模型的基础上将所建立模型的参数数量提高到20个,提出了一种精确地直接提取模型参数的算法,并通过MATLAB编程计算出模型参数值。最后再将此模型的仿真S参数结果与实验结果相比较,验证了此模型的准确性与方法的可靠性。

关键词： gan hemts 小信号等效电路参数提取算法

gan hemts同步整流Buck变换器的分析模型及性能优化

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GaN HEMTs同步整流Buck变换器的分析模型及性能优化

作者：魏梦佳重庆大学

学位级别：硕士

在信息时代蓬勃发展的背景下,数据中心的建设规模逐步扩大,作为直接为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)供电的环节,电压调节模块(Voltage Regulator Module,VRM)的高效率和高可靠性对数据中心的稳定运行至关重要。gan hemts同... 详细信息

在信息时代蓬勃发展的背景下,数据中心的建设规模逐步扩大,作为直接为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)供电的环节,电压调节模块(Voltage Regulator Module,VRM)的高效率和高可靠性对数据中心的稳定运行至关重要。gan hemts同步整流Buck变换器因拓扑结构和控制机理简单,且能够实现高频、高效的目标,被广泛用作VRM。CPU负载随时启停的特点要求同步整流Buck变换器能够在宽负载范围内的多种模式下工作。而gan器件的反向导通损耗在开关管损耗中占主导地位,与死区时间呈正相关,同时,其高开关速度导致振荡问题。本文以在宽负载范围内提升gan hemts同步整流Buck变换器的性能为目标,开展如下研究:首先,建立gan hemts同步Buck变换器的多时间尺度分析模型,该模型能够在不同工作模式下准确预测变换器的完整工作波形,且精确度不依赖于状态变量初始值。本文全面考虑回路寄生电感、器件非线性结电容和非线性跨导,基于电路状态的变化对变换器的周期性工作过程进行模态划分。通过求解各个子模态的状态方程来建立微秒时间尺度的开关稳态模型和纳秒时间尺度的开关暂态模型,并且依据状态变量的连续性,将两种时间尺度的模型进行数值融合和周期迭代。仿真和实验结果表明,所提出的分析模型在不同工作模式下对变换器的工作过程都具有准确的预测作用。基于该变换器模型可以实现模态持续时间的计算,为后续的死区时间优化设计奠定基础。其次,在全工作域内完成死区时间的自动优化设计和离线控制,所提方法原理简单,且控制复杂度低,能够在宽负载范围内有效降低开关管损耗。本文基于所建立的多时间尺度分析模型,在不同死区时间条件下进行损耗分析,明确了死区时间优化的必要性。通过对开关暂态过程的分析,提出了不同工作模式下的最优死区时间计算方法,并基于MATLAB GUI平台进行自动计算,以及采用离线查表法实现优化控制。仿真和实验结果表明,死区时间优化后开关管损耗明显降低,轻载条件下开关管总损耗最高下降54.23%。然后,提出考虑全部寄生参数的无源寄生振荡抑制方法,在基本不影响开关速度的前提下,加快了寄生振荡的衰减速度。本文综合考虑直流输入侧寄生电感、功率器件侧寄生电感和缓冲器支路寄生电感,建立寄生振荡的高频等效电路模型。通过分析系统的根轨迹,定量设计振荡抑制效果较优的RC参数区域。仿真和实验结果表明,设计区域内的RC缓冲器在不同负载条件下均能较好地抑制振荡,提升变换器的可靠性。最后,为了验证死区时间优化设计和寄生振荡无源抑制对于提升变换器整体性能的作用,搭建了输入、输出电压为12V/3.3V,负载电流为1A-10A的gan hemts同步整流Buck变换器实验样机。实验结果表明,死区时间优化设计使变换器在全负载范围内的效率从67.54%-87.23%提升至79.14%-89.09%。无源RC缓冲电路加快了寄生振荡的衰减速度,使振荡得到较好的抑制。

关键词： gan hemts 宽负载范围多时间尺度分析模型死区时间优化振荡抑制

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gan hemts高频等效噪声电路建模

GaN HEMTs高频等效噪声电路建模

作者：缪文韬西南科技大学

学位级别：硕士

随着现代通信系统适用频率的提高,在射频与微波电路设计中需要更高指标的晶体管器件,而第三代半导体晶体管gan hemts具有更高的电子饱和速率、更低的介电常数等优点。在不同生产工艺下的FET器件高频噪声机理的分析与表征存在明显的差异... 详细信息

随着现代通信系统适用频率的提高,在射频与微波电路设计中需要更高指标的晶体管器件,而第三代半导体晶体管gan hemts具有更高的电子饱和速率、更低的介电常数等优点。在不同生产工艺下的FET器件高频噪声机理的分析与表征存在明显的差异。为有效地表征gan hemts在微波频段下的电学特性,本文重点研究gan hemts高频等效噪声电路建模,开展工作如下:一、建立gan hemts小信号等效电路模型。在gan hemts器件的物理结构分析基础上,本文针对器件在制版过程中所连接电极和通孔部分引发的寄生效应,建立26个详细参数的小信号等效电路模型,其考虑器件在工作过程中的趋肤效应,表征在电阻值与频率的相关性。在建立基于趋肤效应的gan hemts小信号等效电路模型后又给出了参数直接提取法,因未使用任何的算法优化,其提取的参数具有一定的物理意义。二、建立gan hemts高频噪声等效电路模型。本文运用二端口噪声相关矩阵的表征方法,通过利用gan hemts的四噪声参数实际测量结果,提取gan hemts内部的栅极感应噪声和漏极沟道噪声功率谱密度,再基于功率谱密度建立改进后的温度噪声模型和PRC模型,此模型较传统模型的基础上考虑器件受极间电阻R与极间电容C的影响,从而使得PRC噪声模型中噪声因子C实部的引入导致相关噪声功率谱密度的虚部具有频率相关特性,同时在温度噪声模型中需考虑本征部分极间电阻R所产生的噪声,针对以上改进后的模型给出详细的噪声去嵌流程和噪声参数提取方法。三、验证建立的gan hemts的小信号等效电路模型与高频噪声等效电路模型。分别将栅长为0.25um,栅宽为(4×50)um和(8×50)um工艺下的gan hemts小信号等效电路模型,改进的PRC噪声等效电路模型,温度噪声等效电路模型嵌入ADS软件中仿真,并通过控制变量法分别与仿真结果、实测数据的一致性进行比较,验证两种不同结构的gan hemts器件的噪声性能都能用改进后的PRC噪声模型与改进后的温度噪声模型进行高精度模拟,同时改进后的噪声模型比起传统模型的最小噪声系数拟合度得到了提高。进一步说明建立模型的精确性与参数提取算法的有效性。

关键词： gan hemts 小信号等效电路高频噪声等效电路 PRC模型温度噪声模型

Low Noise Distributed Amplifiers Using a Novel Composite-Channel gan hemts

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Journal of Semiconductors 2008年第12期29卷 2297-2300页

作者：程知群周肖鹏陈敬杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室杭州310018 香港科技大学电子与计算机工程系

Low noise distributed amplifiers （DAs） using the novel low noise composite-channel Al0.3 Ga0.7N/ml0.05 Ga0.95 N/ gan hemts （CC-hemts） with 1μm-gate-length are designed and fabricated. Simulated and measured results of the DAs are characterized. The measured results show that the low noise DAs have input and output VSWR （voltage standing wave ratio） of less than 2.0,associated gain of more than 7.0dB and gain ripple of less than ldB in the frequency range from 2 to 10GHz. Noise figure of the DAs is less than 5dB in the frequency range from 2 to 6GHz,and less than 6.5dB in the frequency range from 2 to 10GHz. The measured results agree well with the simulated ones.

关键词： low noise distributed amplifiers composite-channel gan hemts

基于人工神经网络的gan hemts建模与参数提取

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电子元件与材料 2022年第7期41卷 713-718页

作者：刘宇武王军西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010

近年来,市场对半导体器件的需求越来越大,其中,氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemts)因具有优良的性能而被广泛应用于高效、高频功率转换领域中。基于gan hemts器件的小信号等效电路模型,提出了一种分步提参法,分别提取了gan hemts的寄... 详细信息

近年来,市场对半导体器件的需求越来越大,其中,氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemts)因具有优良的性能而被广泛应用于高效、高频功率转换领域中。基于gan hemts器件的小信号等效电路模型,提出了一种分步提参法,分别提取了gan hemts的寄生参数与本征参数,并在射频仿真软件ADS中验证了模型和参数提取的准确性;然后结合人工神经网络(ANN)方法建立了gan hemts器件大信号状态下的漏源电流、栅漏电容和栅源电容非线性参量模型。最终通过比较gan hemts器件在不同的偏置下漏源电流、栅漏电容和栅源电容实际测量与仿真结果的一致性来验证了该方法的有效性。

关键词： gan hemts 参数人工神经网络大信号非线性

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基于物理结构的gan hemts小信号等效电路的精确建模方法研究

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电子元件与材料 2022年第5期41卷 531-538页

作者：缪文韬王军刘宇武西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010

为了有效地表征gan hemts在微波频段下的电学特性,研究了其高频等效电路的精确建模方法。基于gan hemts器件的本征物理结构,综合考虑器件在制版过程中由电极和通孔所带来的寄生特性,描述了一种具有26个详细参数网络的小信号等效电路模... 详细信息

为了有效地表征gan hemts在微波频段下的电学特性,研究了其高频等效电路的精确建模方法。基于gan hemts器件的本征物理结构,综合考虑器件在制版过程中由电极和通孔所带来的寄生特性,描述了一种具有26个详细参数网络的小信号等效电路模型。此模型考虑了器件在工作环境下所受到的集肤效应,同时通过对小信号等效电路进行双端口网络参数分析,推导了其准静态近似的微波等效电路参数直接提取的简化算法,最终通过ADS仿真平台将所建模型和传统模型的S参数模拟结果与实测数据的一致性进行对比,验证了小信号等效电路模型的精确性与参数提取算法的有效性。

关键词： gan hemts 物理结构小信号模型参数提取集肤效应

基于粒子群优化算法提取gan hemts外部寄生参数

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电子元件与材料 2021年第8期40卷 819-825页

作者：郑良川王军西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010

gan hemts作为第三代半导体器件,它的工作频率高,功率密度大,而且耐高温、高压,不仅是功放控制电路中的重要组成部分,也是毫米波时代5G无线通信电路中的理想射频功率器件。基于gan hemts器件的19参数小信号等效电路模型,提出了一种在冷... 详细信息

gan hemts作为第三代半导体器件,它的工作频率高,功率密度大,而且耐高温、高压,不仅是功放控制电路中的重要组成部分,也是毫米波时代5G无线通信电路中的理想射频功率器件。基于gan hemts器件的19参数小信号等效电路模型,提出了一种在冷场条件下,利用粒子群优化算法(PSO)获取器件小信号模型的外部寄生参数的方法。最后通过对比不同尺寸gan hemts器件在冷场偏置条件下的实际测量和仿真S参数验证了该方法的有效性。

关键词： gan hemts PSO 参数算法