毫米波GaN基HEMT小信号建模和参数提取
GaN所具有的独特的半导体特性和GaN HEMTs器件所展现出的巨大的应用前景使得毫米波GaN HEMT器件成为当下研究的热点。对于分析GaN HEMT器件性能和设计MMIC电路,合适的GaN HEMT小信号等效电路模型是必不可少的。在GaN外延片上刻蚀有源区台面时,干法刻蚀工艺会在有源区台面边缘产生晶格损伤,从而对GaN基HEMT器件的直流和微波特性产生影响,本文称之为台面刻蚀效应,而现有的GaN基HEMT小信号等效电路模型并不能反映这种效应。 本文通过分析90 nm栅长AlGaN/GaN HEMTs器件和200 nm栅长InAlN/GaN HEMTs器件的直流和微波测试数据,发现了fT随栅宽的变化与台面刻蚀效应有很强的依赖关系。为研究台面刻蚀效应对 fT的影响,论文中提出了一种改进的小信号等效电路模型,在模型中加入台面刻蚀电容(CMEE)表征台面刻蚀效应。通过提取的不同栅宽器件的 Cgs,然后使用等比例关系外推得到 CMEE数值,最终得出了90 nm栅长AlGaN/GaN HEMTs和200 nm栅长InAlN/GaN HEMTs的CMEE大小分别为5.1fF和1.3fF。通过分析GaN HEMT器件的小信号等效电路模型参数值和微波特性数据,得出了以下结论。 台面刻蚀效应是影响GaN HEMT器件频率特性的主要因素。针对90 nm栅长AlGaN/GaN HEMTs器件,测试S参数外推得到的fT从59.2GHz@2×20μm增长到78.6GHz@2×50μm,增幅32.8％;而去嵌CMEE后仿真得到的fT从78.7GHz@2×20μm增长到83.6GHz@2×50μm,增幅6.2％。 台面刻蚀效应对小栅宽GaN HEMT器件微波特性的影响大于大栅宽器件。在栅宽为2×50μm的AlGaN/GaN HEMTs器件中,去嵌CMEE后仿真得到的fT比测试S参数外推得到的fT大6.4％;而在栅宽为2×20μm的AlGaN/GaN HEMTs器件中,去嵌CMEE后仿真得到的fT比测试S参数外推得到的fT大32.9％,远高于2×50μm的AlGaN/GaN HEMTs器件的6.4％。
毫米波;GaN基HEMT;台面刻蚀效应;小信号建模;参数提取
电子科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
王向展
2014
中文
TN304.21
67
2014-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）