基于经验模型的GaN+HEMT建模研究.pdfVIP

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摘要

GaNHEMT良好的功率和开关特性使其在微波射频和电力电子领域具有巨大的应用潜力。

当前,基于高性能GaNHEMT器件的电路模块及其相关模拟仿真日益增多,在对基于GaN

HEMT器件的电路模块进行仿真设计时,需用到GaNHEMT模型,因而有关GaNHEMT模

型相关研究越发重要。其中,GaNHEMT经验模型因其适中的复杂度和精度、开发周期短以

及可通过灵活调整参数就不同器件特性提高模拟精度等的优势而受到关注。因此,本文在已

有的GaNHEMT经验模型基础上,重点对改进和优化GaNHEMT经验模型相关的问题进行

了研究和讨论。具体包括以下内容:

本文针对已有的HongI-V模型所存在的宽电压下精度低、部分参数意义不明确以及

AngelovI-V模型无法精确地表征夹断电压附近和膝点电压区的I-V特性问题,从模型的参数

意义出发,考虑GaNHEMT的源漏接入区电阻的非线性行为和陷阱效应带来的影响建立了适

用于高功率场景下参数易于提取的高精度GaNHEMT直流I-V经验模型。然后结合提出的基

于双曲正切函数的GaNHEMTC-V经验模型及其在PSpice中的实现方式从而建立了可靠的

EPC2010(200V/12A)GaNHEMT功率开关器件的PSpice经验模型。最终建立的模型在双脉

冲动态仿真中的结果与使用EPC官方所提供的模型进行仿真的结果基本一致,从而验证了模

型的准确性。

另外,为了解决GaNHEMT温度相关的直流I-V经验模型精度与复杂度之间的平衡问

题,提出了温度相关的全局敏感参数并以此为基础提出了建立高精度GaNHEMT直流I-V温

度模型的一种新的通用方法。通过温度相关的全局敏感参数和提出的模型参数提取流程,结

合基于沟道调制效应和陷阱效应等器件物理特性改进所得的高精度GaNHEMT常温直流I-V

经验模型,建立了一个与温度相关的新的GaNHEMT直流I-V经验模型。将其应用到三款以

4-HSiC为衬底的不同源漏间距不同温度下(主要涉及300K、350K、400K和450K)的GaN

HEMT器件的直流I-V模拟中,结果显示模拟结果与实际测试结果符合的很好,且模拟结果

和实际测试结果之间的RMSE最大仅为%0.00911,而R2均在0.999以上。

总之,本文对GaNHEMT经验模型的建立进行了研究,提出了新的GaNHEMT直流I-

V经验模型和C-V经验模型的优化和改进方法,并验证了所提模型的有效性和精度,同时在

最后总结与展望部分基于本研究展望了今后GaNHEMT经验模型方面研究努力的方向。

关键词:氮化镓,高电子迁移率场效应晶体管,经验模型,参数提取

ABSTRACT

GaNHEMTwithgoodpowerandswitchingcharacteristicshasagreatapplicationpotentialin

microwaveRFandpowerelectronics.Currently,circuitmodulesbasedonhigh-performanceGaN

HEMTdevicesandtheirrelatedsimulationsaregreatlyincreasing.SinceGaNHEMTmodelsare

requiredtosimulateanddesigncircuitmodulesbasedonGaNHEMTdevices,theresearchonGaN

HEMTmodelsisbecomingmoreandmoreessential.Amongallmodels,theempiricalmodelofGaN

HEMTiswidelypaidattentionduetoitsmoderatecomplexityandaccuracy,shortdevelopmentcycle

andthecapabilitytoflexiblyadjustparameterstoimprovesimulationac

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