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algangan hemt功率器件建模研究及高效率放大器设计word格式论文
独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:日期:年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定)签名:导师签名:日期:年月日摘要摘要随着无线通信和雷达探测等领域的快速发展,现代电子设备对微波功率晶体管的工作频率和功率密度等方面的要求越来越高。与第一代和第二代半导体材料相比,以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料,具有更高的耐压性能、更快的电子迁移率、更高的热导率以及更好的抗辐射性能,因此成为半导体器件研究的热点。其中,由于GaN功率器件具有更好的高频性能和更高的功率品质因子,使得它比SiC器件在高频大功率的应用上有着更为广阔的发展前景。目前,GaN功率器件的制备已经取得了一定进展,但其建模工作却相对滞后。GaN功率器件的模型在电路设计中起着关键性作用,模型的适用性和准确性对微波电路设计结果有着非常重要的影响。与传统功率器件相比,AlGaN/GaNHEMT 在沟道形成和电流密度上都存在不小差异。目前的功率器件模型对其自热效应和非线性特性的描述还存在一定误差,这在一定程度上限制了GaN功率器件的发展。为加速GaN功率器件的应用,改进电路设计,促进GaN功率器件全面发展,急需对GaN功率器件进行建模研究。本文对AlGaN/GaN HEMT 功率器件的关键特性进行了分析,围绕功率器件的经验基模型展开研究,改进了非线性等效电路模型;拓展了建立表格模型的思路;在X参数和Volterra级数的基础上,建立了功率器件的Volterra 级数描述公式;并以等效电路模型为基础,设计了GaN高效率放大电路。具体研究内容包括:1. AlGaN/GaN HEMT 功率器件等效电路模型针对AlGaN/GaN HEMT 微波器件小信号等效电路参量多,数值提取复杂的特点,将待定系数法引入计算公式,配合优化软件,提高了小信号等效电路的预测精度。根据AlGaN/GaN HEMT 微波器件电流电压曲线和芯片表面温度分布特性,以Angelov大信号模型为基础,对非线性电流和电容公式进行了改进,使新电流模型能够描述不同栅压时电流随漏压增加而上升或下降的趋势,反映温度对漏极电流的影响,预测了静态I-V曲线的自热效应和温度分布效应。并且将公式嵌入ADS软件中,形成完整的等效电路模型,对AlGaN/GaN HEMT功率器件的电流特性、频率特性和输出性能进行了仿真,与实测结果对比显示,新的大信号非线性模型可以提高预测结果的准确性。2. K 最邻近算法为基础的AlGaN/GaN HEMT功率器件表格模型I摘要AlGaN/GaNHEMT功率器件的黑匣子表格模型无需考虑器件的内部结构和导电机理,可以用纯数学运算对器件进行建模和预测,因此能够充分运用数学方法,有效保护知识产权。但其建模过程需要大量测试数据,算法代码往往比较复杂。本文以漏极电流数据和S参数为基础,建立了非线性等效元件数据库,根据放大器的特点将K最邻近算法做了改进,建立了GaN HEMT 功率器件表格模型,节约了建模数据,简化了模型结构,结合泰勒级数提取放大器的非线性元件数值,配合寄生元件和线性元件对输出特性进行计算,预测精度较高。3.X 参数和Volterra级数为基础的AlGaN/GaN HEMT放大器模型X参数在频域内能够精确描述器件各个端口,每个频率分量之间的数值关系,但难以对器件时域特性进行描述。Volterra 级数对器件的时域和频域特性描述都很准确,但提取过程太繁杂。本文将X参数和Volterra级数相结合,以AlGaN/GaN HEMT功率放大器的X参数为基础,提取Volterra 核函数,得到时域和频域的Volterra 级数模型,很好的描述和预测了放大器的时域和频域特性,节省了测试工作量,获得了较好的预测精度。4.以等效电路模型为基础的GaN HEMT 高效率放大电路设计与测试以等效电路模型为基础,设计了一组AB类50WGaN 功率放大电路和基于谐波调制技术的10WGaN 功率放大电路,为了直观显示GaNHEMT功率器件的效率提升幅度,设计了相似功率量级的LDMOS功率放大电路。将电路仿真数据、GaN放大器和LDMOS放大器测试数据,以及近几年
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