AlGaN/GaN HEMT微波功率特性研究

论文摘要

随着微波系统的发展，对固态功率放大器件的性能要求越来越高，现有的GaAs功率器件已经越来越不能满足系统的要求。作为下一代固态微波功率器件，AlGaN／GaN HEMT具有输出功率密度高、工作频率高、耐高温、抗辐照等优点，是移动通信、雷达等微波系统所需的高频、高效率、高功率微波功率器件的优秀候选者。本文较为系统地研究了AlGaN／GaN HEMT的微波功率特性。由于AlGaN／GaN HEMT器件工作原理同GaAs器件相似，本文参考GaAs器件的模型提取技术得到了栅长为0．4μm，栅宽为1mm的AlGaN／GaN HEMT的小信号等效电路模型，使用Load-Pull测试方法得到了器件大信号下的等效输出阻抗。使用得到的参数设计了AlGaN／GaN HEMT内匹配微波功率管，在7．5-9．5GHz的频率范围内输出功率大于5W，功率附加效率典型值为30％，功率增益大于6dB，此性能较GaAs器件优越。测试得到的结果同设计结果有较好的吻合，说明得到的模型参数是可以应用于工程应用的。虽然理论上AlGaN／GaN HEMT可以承受较高的结温，但由于耗散功率大，散热仍是一个严重的问题。本文构造了热学模型，利用热平衡方程，并结合Ansys软件，对GaAs功率器件的结温分布情况进行了仿真分析。同试验结果有较好的吻合，证明这种方法可以应用于GaAs器件的热设计。同时分析了用这种方法对AlGaN／GaN HEMT器件和芯片进行热设计的可行性，提出了热优化设计的思路，对AlGaN／GaN HEMT进一步的热设计奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 第一节 GaN材料和AlGaN/GaN器件的优势
• 第二节 AlGaN/GaN HEMT的研究及应用现状
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 应用现状
• 第三节 目前AlGaN/GaN HEMT微波功率器件的研究热点和难点
• 第四节 本论文的工作
• 参考文献
• 第二章 AlGaN/GaN HEMT器件
• 第一节 AlGaN/GaN HEMT器件原理
• 第二节 AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌现象
• 2.2.1 电流崩塌现象
• 2.2.2 电流崩塌现象的两种模型
• 2.2.3 抑制电流崩塌的措施
• 参考文献
• 第三章 AlGaN/GaN HEMT模型提取
• 第一节 概述
• 第二节 小信号等效电路模型的抽取
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 在片测试和校准
• 3.2.3 AlGaN/GaN HEMT小信号等效电路模型的提取
• 3.2.4 小结
• 第三节 器件的大信号特性描述
• 3.3.1 Crispps方法
• 3.3.2 load-pull方法
• 附录
• 参考文献
• 第四章 AlGaN/GaN HEMT微波功率管的内匹配设计
• 第一节 工作类型的选择
• 第二节 匹配网络的设计和放大器的稳定性
• 4.2.1 匹配网络的设计
• 4.2.2 放大器的稳定性
• 第三节 偏置电路的设计
• 参考文献
• 第五章 AlGaN/GaN HEMT微波功率管的测试结果和分析
• 第一节 AlGaN/GaN HEMT微波功率管的测试
• 第二节 结果分析
• 第三节 器件温度分布分析
• 参考文献
• 第六章 总结
• 第一节 小结
• 第二节 未来的工作
• 作者在读期间科研成果简介
• 致谢