改进的AlGaN/GaN HEMT小信号参数提取算法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室 作者:徐鹏

  制作了截止频率ft和最高震荡频率fmax分别为46.2和107.8 GHz的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,并针对该器件建立了包含微分电阻Rfd和Rfs在内的18元件小信号等效电路模型;在传统的冷场条件提取器件寄生参数的基础上,通过对不同栅压偏置下冷场Z参数进行线性插值运算,可消除沟道分布电阻和栅极泄漏电流对寄生电阻的影响;再利用热场S参数对寄生参数部分进行去嵌,可提取得到本征参数。分析表明,此模型和算法提高了模型拟合精度,S参数的仿真结果与测试数据在200MHz到40GHz的频率范围内均符合很好,误差不到2%。

  近年来, AlGaN/ GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT) 日益成为人们关注的焦点。由于其高频、高功率、低噪声等特性, 在微波电路中的应用越来越广泛。国际上,AlGaN/GaN 单片微波集成电路(MMIC)已经进入了应用阶段。AlGaN/GaN MMIC 的设计需要对AlGaN/ GaN HEMT 进行有效的小信号建模, 并准确提取小信号参数。

  根据传统提参算法[1] , 首先在冷场条件下提取寄生参数, 包括寄生电容、寄生电阻和寄生电感; 然后对热场S 参数中的寄生部分去嵌、转化, 得到本征Y 参数; 最后通过本征Y参数建立本征参数方程, 提取本征参数[2-5] , 因此, 寄生参数的提取结果直接影响了本征参数的提取。为了准确提取本征参数, 提高寄生参数提取精度是非常必要的。

  本文采用18 元件模型建立了AlGaN/GaN HEMT 小信号等效电路, 较传统的模型[1] , 18 元件模型加入了栅微分电阻Rfs和Rfd来反映器件的栅极泄漏电流。在传统提参算法的基础上, 考虑了栅压正偏时沟道分布电阻和栅极泄漏电流对寄生电阻的影响。在沟道导通情况下, 高频时沟道相当于一段传输线, 具有分布效应, 在提取寄生参数时不可忽略沟道分布电阻。栅压正偏时AlGaN/ GaN HEMT 具有较高的栅极泄漏电流, 栅微分电阻不可忽略。进而提出了运用插值算法排除沟道分布电阻和栅极泄漏电流影响的改进提取算法, 可以准确提取寄生电阻。通过仿真结果与测量结果的比较, 证明了改进提取算法的有效性, 误差较传统算法有所减小。

  本文采用了18 元件模型提取AlGaN/ GaN HEMT 器件小信号参数。在传统冷参数法提取寄生参数的基础上, 考虑了沟道分布电阻和栅极泄漏电流对寄生电阻提取的影响, 通过对不同栅压偏置及不同栅极泄漏电流条件下的Z 参数进行线性插值,排除了这种影响。将仿真结果与测试结果的比较,误差减小到2% 。并且该算法不需要后续优化, 提取效率更高, 可以应用于AlGaN/ GaN HEMT 小信号参数的提取, 并根据这些参数对以后的大信号建模及模型参数拟合予以指导。

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