来源：A Physics-Based Compact Direct-Current and Alternating-Current Model for AlGaN/GaN High Electron obility Transistors（中国物理快报 07年）
摘要
一套针对 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的直流和小信号特性的分析模型被提出。改进了转移电子迁移率模型并开发了一种现象学低场迁移率模型。我们计算了通道电荷，考虑了施主的耗尽和 AlGaN 层中自由电子的贡献。栅源极和栅漏极电容是通过分析获得的，并预测了截止频率。这些模型首次被实现到 HSPICE 模拟器中，用于直流、交流和小信号仿真，并通过实验数据进行了验证。设计并通过 HSPICE 模拟了一个高效的 E 类 GaN HEMT 功率放大器，以验证我们模型的适用性。
文章的研究内容
这项研究工作主要围绕GaN高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件展开,研究了其DC和小信号特性的分析模型。具体包括:
- 提出了改进的转移电子迁移率模型和基于物理现象的低场迁移率模型,用于描述GaN HEMT的电学特性。
- 计算了考虑施主中性化和AlGaN层自由电子的沟道电荷分布。
- 解析地计算了栅极-源极和栅极-漏极电容,并预测了器件的截止频率。
- 将所建立的模型实现到HSPICE模拟器中,并通过实验数据进行验证。
- 设计并模拟了一个高效率的GaN HEMT功率放大器电路,验证了所提出模型的适用性。
总的来说,这项工作提出了一套全面的GaN HEMT分析模型,覆盖了DC、小信号和瞬态特性,在功率放大器等应用中得到了验证。这对于该类器件的建模和电路设计具有重要意义。如果您对此有任何其他问题,我很乐意继续为您解答。
文章的研究方法
- 模型建立:
- 采用改进的转移电子迁移率模型和基于物理现象的低场迁移率模型描述GaN HEMT的电学特性。
- 考虑施主中性化和AlGaN层自由电子的贡献,计算沟道电荷分布。
- 解析推导栅极-源极和栅极-漏极电容,并预测截止频率。
- 模型实现与验证:
- 将建立的模型实现到HSPICE电路仿真软件中。
- 通过实验测试数据对模型进行验证,确保模型的准确性。
- 电路设计与仿真:
- 设计并仿真了一个基于GaN HEMT的高效功率放大器电路。
- 利用HSPICE对该功率放大器电路进行DC、AC和瞬态特性的仿真分析。
- 验证所提出的GaN HEMT模型在功率放大器设计应用中的适用性。
这项工作采用了建立物理模型、实现仿真验证、设计电路应用等综合性的研究方法,全面分析和验证了GaN HEMT器件的特性。这种方法有利于深入理解器件物理机理,并为GaN HEMT在功率电子学等应用领域的设计提供支撑。如有其他问题,欢迎继续询问。
文章的创新点
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模型建立的创新:
- 采用改进的转移电子迁移率模型和基于物理现象的低场迁移率模型,更准确地描述GaN HEMT的电学特性。
- 考虑了施主中性化和AlGaN层自由电子浓度对沟道电荷分布的影响,提高了模型的准确性。
- 解析推导了栅极-源极和栅极-漏极电容,避免了基于等效电路的经验公式。
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模型实现和验证的创新:
- 将所建立的分析模型首次实现到HSPICE电路模拟软件中,大幅提高了仿真效率。
- 通过实验测试数据对模型进行全面验证,确保了模型在实际器件上的适用性。
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应用设计的创新:
- 基于所建立的GaN HEMT模型,设计并仿真了一个高效率的GaN HEMT功率放大器电路。
- 验证了所提出的GaN HEMT分析模型在功率放大器设计中的适用性,为实际应用提供了支撑。
这项工作在GaN HEMT器件建模、仿真验证和应用设计方面都有明显的创新,提出了一套全面而又实用的分析框架。这为进一步推动GaN HEMT技术在功率电子学领域的应用奠定了基础。如有其他问题,欢迎继续交流。
文章的结论
- 提出了改进的转移电子迁移率模型和基于物理现象的低场迁移率模型,可以更准确地描述GaN HEMT器件的电学特性。
- 计算了考虑施主中性化和AlGaN层自由电子的沟道电荷分布,提高了模型的准确性。
- 解析地推导了栅极-源极和栅极-漏极电容,并预测了器件的截止频率。
- 将所建立的分析模型成功实现到HSPICE电路模拟软件中,并通过实验数据进行了全面验证。
- 设计并模拟了一个基于所提出GaN HEMT模型的高效功率放大器电路,验证了所提出模型在实际应用中的适用性。
这项研究工作提出了一套全面的GaN HEMT分析模型,涵盖了DC、小信号和瞬态特性,并在功率放大器等应用中得到了验证。该模型可以为GaN HEMT器件的建模和电路设计提供重要的理论支撑。