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GaNHEMT功率器件建模建库技术研究（硕士学位论文），共91页。
中文摘要
氮化镓（GaN）作为近些年来迅猛发展起来的第三代半导体材料之一，同前两代半导体材料硅(Si)与砷化镓（GaAs）相比，GaN 具有禁带宽、电子饱和率高、电子迁移率高、击穿电压高、导热性好、稳定性好等众多优点。以 GaN 材料为衬底的 GaN 高电子迁移率场效应管（HEMT）具有工作频率高、输出功率密度高、抗辐射能力强、耐高温等特点，在微波通信，雷达系统，LED 器件、大功率器件方面有广阔的应用前景。但由于 GaN HEMT 的高频特性以及自热效应等，传统的FET 模型无法准确模拟其特性，因此建立一个准确的 GaN HEMT 模型是极其重要的。本文重点研究了 GaN HEMT 功率器件的建模建库技术。
首先，本文在传统的 FET 小信号等效电路模型基础上，结合高频下 GaN HEMT 的电容分布效应，在传统的等效电路模型上加入三个寄生电容表示栅、源、漏级之间的极间串扰。采用直接提取法提取小信号等效电路初值，再利用全频段数值优化得到小信号等效电路所有值。改进的小信号等效电路模型在不同偏置下，1-20GHz 内与实测结果对比 S 参数幅度相对误差小于 5％，相位绝对误差小于 5°，改进的模型有较高的准确性，是大信号等效电路模型的建立的重要基础。
接着，本文从 GaN HEMT 传统的 Angelov 非线性漏源电流(Ids)模型基础上出发，结合其显著的自热特性，增加表示器件自热效应的热电路，引入温度项改进输出特性，使 Ids 模型与实测结果拟合良好。并在传统的Angelov 非线性电容模型上进行改进，建立栅源、栅漏电容的表达式，从而确定完整的大信号等效电路模型，该模型以符号定义器件(SDD)的形式嵌入到 ADS 中。同时结合温度对 I-V输出特性的影响，建立温度相关大信号模型，此模型在 Vds=5V~30V，Vgs=0V~-Vp偏置条件下，温度范围 25oC~175oC，直流 I-V 相对误差小于 8％。
最后，本文对 GaN 的无源元件进行建模，主要包括电感、电容、通孔、微带线等，使其仿真得到的 S 参数与电磁仿真结果相比有较高的一致性，并建立了GaN 元件的模型库。
关键词：氮化镓，高电子迁移率场效应管，小信号等效电路模型，温度相关大信号模型，无源元件，模型库

目 录
第一章 绪论 1 
11 GaN 材料的主要特性 1 
12 GaN HEMT 功率器件的特性 2 
13 GaN HEMT 功率器件国内外研究动态 3 
14 GaN HEMT 功率器件建模概述及国内外研究动态 4 
15 本文的主要工作 8 
第二章 GaN HEMT 小信号建模与分析 10 
21 GaN HEMT 器件结构 10 
22 信号参数矩阵 11 
23 传统的 FET 小信号等效电路模型 14
24 改进的 GaN HEMT 小信号等效电路模型 17 
25 GaN HEMT 小信号等效电路参数提取 17 
251 寄生参数的提取 18 
252 本征参数的提取 21 
26 GaN HEMT 小信号等效电路模型验证 23 
27 本章小结 31 
第三章 GaN HEMT 大信号建模与分析 32 
31 GaN HEMT 大信号模型的分类及其对比 32 
32 GaN HEMT 非线性漏源电流 ds模型 33
321 几种常见的非线性漏源电流模型 33
322 改进的非线性漏源电流模型 35 
33 GaN HEMT 非线性电容模型 41 
331 栅源电容 Cgs的改进 42 
332 栅漏电容 Cgd的改进 44 
34 温度相关的大信号模型 46 
35 本章小结 50
第四章 GaN 无源元件建模以及模型库的建立 51 
41 电感模型的建立 51 
411 电感的 Π 型拓扑结构 52 
412 电感的 Π 型拓扑结构等效电路参数提取 52
413 电感模型的建立与验证 53 
42 电容模型的建立 61 
421 电容传统的 Π 型等效电路模型及其参数提取 61
422 改进的电容的 Π 型等效电路模型 62 
423 电容模型的建立与验证 63 
43 通孔模型的建立 68
44 微带线模型的建立 69 
45 GaN 元件模型库的建立和安装 71 
451 模型库的基本组成 71 
452 GaN 元件模型库的建立 72
453 GaN 元件模型库的安装 72 
46 本章小结 74
第五章 结论 75 
致 谢 76 
参考文献 77 
攻硕期间取得的研究成果 81