微波功率SiC MESFET大信号建模技术研究

论文摘要

碳化硅（SiC）是第三代（宽禁带）半导体电子材料，SiC金属一半导体场效应管（MESFET）在高温、大功率、高频、抗辐射等领域有着广阔的应用前景。与目前已取得较好成果的物理机理模型相比，基于测量的模型具有简单、快速和精确等优点，成为国内外相关学者研究的热点。本文从SiC MESFET小信号等效电路模型出发，分析了SiC MESFET直流I-V解析特性，建立了微波功率SiC MESFET大信号经验模型和黑盒子模型等基于测量的器件模型。首先，本文基于传统FET小信号模型，提出了适合微波功率SiC MESFET的小信号等效电路拓扑和精确的小信号模型参数提取方法。建立的小信号等效电路模型具有比较简单、精确和宽带（0-20GHz）等特性，为大信号分析提供必要的数据。然后，本文分析了SiC MESFET直流I-V解析特性，并结合GaAs FET器件的大信号模型，改进了Triquint’s own model（TOM）、Angelov和Curtice Cubic直流I-V特性模型，以及Angelov非线性电容模型，建立了温度相关的SiC MESFET大信号经验模型。该模型以符号定义器件（SDD）的形式嵌入到商用软件ADS中，并通过实测的直流I-V曲线、多偏置下的S参数和ADS谐波平衡（HB）仿真结果进行了验证，结果表明本文模型具有较好的精度。最后，本文介绍了支持向量机（SVM），及其在建立大信号表格模型中的应用，提出了一种新的黑盒子模型——大信号支持向量回归机（SVR）模型。计算结果表明大信号SVR模型可以快速、准确模拟SiC MESFET的非线性特性。功率器件的精确建模对实现最大功率输出和提高效率至关重要，并可以加快微波功率SiC MESFET器件和电路的研制、商品化，以及在各种领域的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 碳化硅材料特性及其在微波领域的应用
• 1.2 微波功率SiC MESFET器件的进展
• 1.3 微波功率SiC MESFET器件大信号建模概述
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 微波功率SiC MESFET小信号等效电路建模
• 2.1 功率SiC MESFET小信号等效电路模型简介
• 2.2 改进的cold FET方法提取SiC MESFET小信号模型寄生元件参数
• 2.2.1 SiC MESFET寄生电容提取
• 2.2.2 SiC MESFET寄生电感和电阻提取
• 2.3 SiC MESFET小信号本征元件参数提取
• 2.4 SiC MESFET小信号等效电路模型元件参数优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 微波功率SiC MESFET大信号经验模型
• 3.1 功率SiC MESFET直流I—V特性分析
• 3.1.1 4H-MESFET直流I—V特性解析模型
• 3.1.2 直流I—V特性经验模型
• 3.2 功率SiC MESFET非线性电容模型
• gs模型和栅漏电容C_gd模型'>3.2.1 栅源电容C_gs模型和栅漏电容C_gd模型
• ds'>3.2.2 漏源电容C_ds
• gs和栅漏电流I_gd模型'>3.3 栅源电流I_gs和栅漏电流I_gd模型
• 3.4 色散模型
• 3.5 温度相关特性模型
• 3.6 大信号模型的验证
• 3.6.1 ADS用户定义模型简介
• 3.6.2 SiC MESFET大信号SDD模型的实现及其验证
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于支持向量回归机的大信号模拟
• 4.1 SVR简介
• 4.2 SiC MESFET大信号SVR模型
• 4.2.1 基于SVR的S参数测量
• 4.2.2 大信号CAD应用SVR模型
• 4.2.3 SiC MESFET大信号SVR模型的验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间取得的成果