GaN HEMTs高频等效噪声电路建模

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随着现代通信系统适用频率的提高,在射频与微波电路设计中需要更高指标的晶体管器件,而第三代半导体晶体管GaN HEMTs具有更高的电子饱和速率、更低的介电常数等优点。在不同生产工艺下的FET器件高频噪声机理的分析与表征存在明显的差异。为有效地表征GaN HEMTs在微波频段下的电学特性,本文重点研究GaN HEMTs高频等效噪声电路建模,开展工作如下:一、建立GaN HEMTs小信号等效电路模型。在GaN HEMTs器件的物理结构分析基础上,本文针对器件在制版过程中所连接电极和通孔部分引发的寄生效应,建立26个详细参数的小信号等效电路模型,其考虑器件在工作过程中的趋肤效应,表征在电阻值与频率的相关性。在建立基于趋肤效应的GaN HEMTs小信号等效电路模型后又给出了参数直接提取法,因未使用任何的算法优化,其提取的参数具有一定的物理意义。二、建立GaN HEMTs高频噪声等效电路模型。本文运用二端口噪声相关矩阵的表征方法,通过利用GaN HEMTs的四噪声参数实际测量结果,提取GaN HEMTs内部的栅极感应噪声和漏极沟道噪声功率谱密度,再基于功率谱密度建立改进后的温度噪声模型和PRC模型,此模型较传统模型的基础上考虑器件受极间电阻Rgd与极间电容Cgd的影响,从而使得PRC噪声模型中噪声因子C实部的引入导致相关噪声功率谱密度的虚部具有频率相关特性,同时在温度噪声模型中需考虑本征部分极间电阻Rgd所产生的噪声,针对以上改进后的模型给出详细的噪声去嵌流程和噪声参数提取方法。三、验证建立的GaN HEMTs的小信号等效电路模型与高频噪声等效电路模型。分别将栅长为0.25um,栅宽为(4×50)um和(8×50)um工艺下的GaN HEMTs小信号等效电路模型,改进的PRC噪声等效电路模型,温度噪声等效电路模型嵌入ADS软件中仿真,并通过控制变量法分别与仿真结果、实测数据的一致性进行比较,验证两种不同结构的GaN HEMTs器件的噪声性能都能用改进后的PRC噪声模型与改进后的温度噪声模型进行高精度模拟,同时改进后的噪声模型比起传统模型的最小噪声系数拟合度得到了提高。进一步说明建立模型的精确性与参数提取算法的有效性。
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