【摘 要】
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InP基高电子迁移率晶体管(HEMT)由于自身具有高的电子迁移率、高的功率增益、低的噪声系数以及低功耗等特点,成为毫米波单片集成电路(MMIC)以及太赫兹单片集成电路(TMIC)领域
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InP基高电子迁移率晶体管(HEMT)由于自身具有高的电子迁移率、高的功率增益、低的噪声系数以及低功耗等特点,成为毫米波单片集成电路(MMIC)以及太赫兹单片集成电路(TMIC)领域最理想的三端电子器件之一。而在MMIC或者TMIC的设计过程中,建立准确的器件模型是至关重要的。本文基于自主研发的InP基HEMT器件,利用多种测试手段获取器件的直流性能、交流性能、脉冲性能,综合研究了器件模型的由来并建立了准确的小信号模型。随后研究了陷阱电荷给器件带来的一些影响。最后在前面两部分的研究内容的基础上利用EEHEMT模型,对器件的大信号模型进行了研究,从而获得了一个较为准确的器件大信号模型。取得的研究成果如下:1.根据对InP HEMT器件原理的综合分析,利用传统的16个参数的HEMT器件小信号模型,优化了提取本征参数的算法。在Dambrine提出的本征Y参数公式基础上,直接推导了器件模型的本征元件参数,相比较Dambrine引入一个假设条件而得到的计算结果更为精确。2.由于InP HEMT器件本身固有的一些效应,在某些偏置电压下测得的S参数会发生一些反常的现象。此时传统16个参数的小信号模型无法拟合。根据对器件物理和二端口网络知识的分析,引入两个特殊的支路进入传统的小信号模型。根据传统模型和新模型的对比,可以看出新模型能更好地模拟器件的小信号特性。3.对于HEMT器件存在的陷阱电荷问题,通过脉冲IV测试装置对器件输出电流的测试,表征了输出电流受脉冲宽度和栅端静态电压的影响规律。从而揭示了器件内部的陷阱电荷对电流崩塌现象的作用机制,为下一步建立大信号模型中对器件陷阱电荷的考虑提供了理论基础。4.针对国内缺乏大信号模型指导电路设计的现状。以EEHEMT模型作为基础,利用IC-CAP软件来对器件的大信号模型参数进行提取,然后在ADS软件工具里进行优化仿真,最终建立了一个较为准确的In P HEMT器件的大信号模型,该模型能够很好地拟合器件的直流性能和交流性能。为下一步InP HEMT器件在MMIC电路中的设计打下了基础。
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