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科研训练报告 题目 GANHEMT器件特性分析班级 微电子0802班学生姓名 郭杏 25 导师姓名 陈海峰职称 讲师起止时间 2011 09 25 2011 12 08 选题目的 化合物半导体高电子迁移率晶体管等效电路建模是微波电路领域的一个重要课题 模型的精确度直接决定仿真结果的可信度 随着无线通讯技术的飞速发展 宽禁带半导体材料GaN作为第三代半导体材料以其优异的电学特性使得GaNHEMT Hi曲E1ec的nM0bilityTrallsistor一高电子迁移率晶体管 建模成为研究热点 研究内容 第一阶段 对GaN材料的特性研究第二阶段 HEMT的工作原理及IV特性研究第三阶段 Ga NHEMT的小信号参数提取第四阶段 GaNHEMT大信号模型参数提取概述 一 对GaN材料的特性研究 氮化镓是最早被利用的 研究得最充分的第三代半导体材料 很强的键强度 决定了它的材料强度大 耐高温 耐缺陷 不易退化 在器件应用上有很多的优点 GaN具有击穿电场高 热导率高 介电常数小 禁带宽度大 电子饱和速度大 化学性质稳定 抗辐射能力强等等优点 是制作高温 大功率 高频电子器件的理想材料 GaN的化学特性 在室温下 GaN不溶于水 酸和碱 而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解 NaOH H2S04和H3P04能较快地腐蚀质量差的GaN 可用于这些质量不高的GaN晶体的缺陷检测 GaN在HCl气氛中高温下呈现不稳定特性 而在N2气下最为稳定 GaN的电学特性 GaN的电学特性是影响器件的主要因素 未有意掺杂的GaN在各种情况下都呈n型 最好的样品的电子浓度约为4x1016 cm3 一般情况下所制备的p型样品 都是高补偿的 很多研究小组都从事过这方面的研究工作 其中中村报道了GaN最高迁移率 2020 3 16 7 可编辑 二 HEMT特性研究 HEMT HighElectronMobilityTransistor 高电子迁移率晶体管 这是一种异质结场效应晶体管 又称为调制掺杂场效应晶体管 MODFET 二维电子气场效应晶体管 2 DEGFET 选择掺杂异质结晶体管 SDHT 等 这种器件及其集成电路都能够工作于超高频 毫米波 超高速领域 原因就在于它是利用具有很高迁 1 FET IC实现超高频 超高速的困难 三 GaNHEMT的小信号参数 本文采用冷场法 即在V出 0 V嚣 血下 从外到内的顺序 先提取寄生电容 再提取寄生电感 最后提取电阻 在Vds O V Vth下 HEMT处于截止态 本征部分没有电流流过 故提取寄生参数时候 可以忽略本征电路 GaNHEMT大信号模型 GaNHEMT大信号模型的研究是GaNHEMT功率放大器设计的关键 一般方法是根据经验 半经验模型对GaNHEMT进行建模 基于I V测试 S参数等测量数据 通过一些数学方法 模拟退火算法等 对参数进行拟合 构成非线性模型 GaNHEMT经验模型主要以C皿iceCubic模型 4 为代表 该模型的优点是以双曲正切函数来描述器件I V特性 提高了模型的描述精度 GaNHEMT功放概述及应用展望 GaN基电子器件在高频和高功率条件下具有比硅和GaAs更为出色的工作性能 决定了其在功放器件市场的竞争能力 随着无线通信技术的快速发展 作为通信基站关键器件的功放器件 功率晶体管的市场规模日益扩大 2001年全世界通信基站用功率晶体管的市场规模已经超过6