GaAs MESFET和HEMT大信号模型的研究

论文摘要

砷化嫁（GaAs）晶体是一种电学性能优越的Ⅲ一V族化合物半导体材料,以其为衬底制作的半导体器件及其集成电路由于具有信息处理速度快、超高频、低功耗、低噪声等突出的优点而得到广泛应用。GaAs器件及其集成电路在微波通信和军事领域显示出它的重要性。MESFET和HEMT是GaAs电路中最常用,也是最成熟的器件。因此基于GaAs的微波器件MESFET和HEMT受到了人们的极大关注与重视。对于微波大信号的研究,一直是人们关注的问题,也是难度较大的问题。尽管GaAs MESFET和HEMT工作在大信号时,表现出非线性特性,使建模比较复杂,但在CAD设计中,准确的大信号模型对微波/射频器件和电路的分析和设计,特别是功率放大器的设计有着至关重要的作用。因此本文将对GaAs MESFET和HEMT大信号进行研究,采用广泛应用的等效电路模型。首先建立了GaAs HEMT小信号模型,具体分析了HEMT小信号等效电路中串联电阻、寄生电感、寄生电容和本征元件参数的提取方法。在小信号模型的基础上,建立了GaAs MESFET和HEMT的大信号等效电路模型。在大信号分析中,选用经验模型当中的Charlmers模型,对其中最重要的非线性元件Ids、Cgs、Cgd建立了理论模型,进行了模拟结果与实验数据的比较,得到了满意的结果。最后根据Charlmers模型中提取出的参数,建立一种新的参数模型,该模型可以解决测量数据不连续的缺点,这样可以得到很多的大信号模型,通过验证,得出参数模型的准确性。本论文的研究对设计MMIC有着很好的参考价值。

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第一章绪论

1.1 GaAs 微波功率场效应晶体管和MMIC 的发展及其重要地位

1.2 半导体器件建模的必要性和模型的发展

1.2.1 半导体器件建模的重要性

1.2.2 半导体器件建模的发展和现状

1.2.3 本文采用的半导体建模方法

1.3 本文工作

第二章 GaAs FET 小信号分析

2.1 GaAs FET 小信号模型简介

2.2 小信号模型参数提取

2.2.1 串联电阻Rs，Rd，Rg 的提取

2.2.2 寄生电感Ls，Ld，Lg 的提取

pg和C_pd 的提取'>2.2.3 器件封装引入的寄生电容C_pg和C_pd的提取

2.2.4 本征电路元件参数的提取

2.3 本章小结

第三章 GaAs 器件的大信号模型分析

3.1 GaAs 器件大信号模型简介

3.2 GaAs 射频功率MESFET 和HEMT 的直流I-V 特性模型

3.3 GaAs 射频功率MESFET 和HEMT 的电容特性模型

3.4 实验验证

3.5 本章小结

第四章基于 Charlmers 模型的大信号模型分析

4.1 GaAs MESFET 和HEMT 器件的大信号模型参数

4.2 GaAs 器件大信号模型参数函数的建立

4.3 参数模型的验证

4.4 本章小结

第五章结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的研究成果

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