亚微米GaAs PHEMT器件及其小信号建模

论文摘要

自从1951年提出异质结概念以来,以异质结理论为基础的半导体器件就得到的迅猛发展。和同质结相比,异质结构所具有的高电子浓度、高迁移率等优点,促使了半导体器件向微波/毫米波频域发展。因此,自1985年Rosenberg和Ketterson发明PHEMT器件以来,PHEMT技术就成为各国研究的热点。经过数十年的发展,PHEMT器件以其良好的高频特性、功率特性和噪声特性在军事/民用领域表现出巨大的应用前景,例如雷达、通讯和自动控制等。本文将在前人研究的基础上,研制低噪声GaAs PHEMT器件。为了得到性能优良的PHEMT器件,论文包含了如下的三个方面:首先是设计了低噪声PHEMT器件的结构,因为结构是决定性能的主要因素。PHEMT器件的结构设主要分为横向结构设计和纵向结构设计。在纵向结构设计中,本文首先根据FET器件的I-V模型,分析了影响器件性能的主要参数,然后再利用POSES软件数值求解了层结构和器件参数之间的关系;而在横向结构设计中,本文依据典型的FET小信号等效电路模型,定性地分析了版图对器件性能的影响;最后,根据上述分析结果,得到了PHEMT器件的结构尺寸。其次,是进行了器件的工艺设计。基于原有的MESFET工艺,本文给出了PHEMT器件的基本工艺流程,并详细分析了影响器件性能的关键工艺,最终得到性能较为优异的PHEMT器件。通过对0.5μm*40μm*3 PHEMT器件的测试,得到器件基本的性能参数为: IDSS = 186mA/mm、gmax = 379mS/mm、fT = 25GHz、fmax = 52GHz。最后是分析了PHEMT器件的小信号模型。利用参数直接提取法,本文在ICCAP软件中编写了小信号建模软件。通过对各种结构和尺寸FET的测试分析,表明该建模软件能精确描述0.120GHz频域内器件的小信号特性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 微电子技术的发展历程
• 1.2 砷化镓场效应晶体管
• 1.2.1 砷化镓的材料属性
• 1.2.2 砷化镓场效应管的发展历程
• 1.2.3 砷化镓场效应晶体管的应用
• 1.3 本篇论文研究的主要工作
• 第二章 亚微米GaAs PHEMT 的结构设计与优化
• 2.1 GaAs PHEMT 器件的纵向结构设计
• 2.1.1 GaAs PHEMT 的基本层结构
• 2.1.2 PHEMT 器件的电流-电压特性
• 2.1.3 PHEMT 器件的电荷控制模型
• 2.2 GaAs PHEMT 器件的横向结构设计
• 2.2.1 GaAs PHEMT 的横向结构形式
• 2.2.2 GaAs PHEMT 的横向结构优化设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 GaAs PHEMT 的工艺设计
• 3.1 GaAs PHEMT 的版图设计
• 3.1.1 版图设计规则
• 3.1.2 GaAs PHEMT 的版图
• 3.2 GaAs PHEMT 的工艺设计
• 3.2.1 GaAs PHEMT 的基本工艺流程
• 3.2.2 关键工艺分析
• 3.3 GaAs PHEMT 的流水结果及测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 GaAs PHEMT 小信号模型提取
• 4.1 GaAs PHEMT 器件模型的研究意义和分类
• 4.2 PHEMT 小信号模型的研究目标和方案设计
• 4.2.1 研究目标
• 4.2.2 方案设计
• 4.2.3 在片测试技术
• 4.3 GaAs PHEMT 的小信号建模
• 4.3.1 常用的小信号等效电路模型
• 4.3.2 小信号建模的一般历程
• 4.3.3 PHEMT 器件的小信号模型
• 4.4 GaAs PHEMT小信号模型的验证
• 4.5 模型的应用
• 4.6 本章小结
• 第五章 展望
• 5.1 本篇论文工作的主要内容
• 5.2 对进一步研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表文章目录