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AlGaN/GaN HEMT微波功率特性研究

作　者: 王帅
导　师: 龚敏
学　校: 四川大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管小信号等效电路模型微波功率特性热设计
分类号: O472
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 329次
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内容摘要

随着微波系统的发展，对固态功率放大器件的性能要求越来越高，现有的GaAs功率器件已经越来越不能满足系统的要求。作为下一代固态微波功率器件，AlGaN／GaN HEMT具有输出功率密度高、工作频率高、耐高温、抗辐照等优点，是移动通信、雷达等微波系统所需的高频、高效率、高功率微波功率器件的优秀候选者。本文较为系统地研究了AlGaN／GaN HEMT的微波功率特性。由于AlGaN／GaN HEMT器件工作原理同GaAs器件相似，本文参考GaAs器件的模型提取技术得到了栅长为0．4μm，栅宽为1mm的AlGaN／GaN HEMT的小信号等效电路模型，使用Load-Pull测试方法得到了器件大信号下的等效输出阻抗。使用得到的参数设计了AlGaN／GaN HEMT内匹配微波功率管，在7．5-9．5GHz的频率范围内输出功率大于5W，功率附加效率典型值为30％，功率增益大于6dB，此性能较GaAs器件优越。测试得到的结果同设计结果有较好的吻合，说明得到的模型参数是可以应用于工程应用的。虽然理论上AlGaN／GaN HEMT可以承受较高的结温，但由于耗散功率大，散热仍是一个严重的问题。本文构造了热学模型，利用热平衡方程，并结合Ansys软件，对GaAs功率器件的结温分布情况进行了仿真分析。同试验结果有较好的吻合，证明这种方法可以应用于GaAs器件的热设计。同时分析了用这种方法对AlGaN／GaN HEMT器件和芯片进行热设计的可行性，提出了热优化设计的思路，对AlGaN／GaN HEMT进一步的热设计奠定了基础。

全文目录

摘要  2-3
英文摘要  3-7
第一章绪论  7-20
  第一节 GaN材料和AlGaN/GaN器件的优势  8-12
  第二节 AlGaN/GaN HEMT的研究及应用现状  12-15
    1.2.1 研究现状  12-13
    1.2.2 应用现状  13-15
  第三节目前AlGaN/GaN HEMT微波功率器件的研究热点和难点  15-17
  第四节本论文的工作  17-18
  参考文献  18-20
第二章 AlGaN/GaN HEMT器件  20-26
  第一节 AlGaN/GaN HEMT器件原理  20-22
  第二节 AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌现象  22-25
    2.2.1 电流崩塌现象  22-23
    2.2.2 电流崩塌现象的两种模型  23-24
    2.2.3 抑制电流崩塌的措施  24-25
  参考文献  25-26
第三章 AlGaN/GaN HEMT模型提取  26-52
  第一节概述  26-27
  第二节小信号等效电路模型的抽取  27-42
    3.2.1 概述  27-31
    3.2.2 在片测试和校准  31-32
    3.2.3 AlGaN/GaN HEMT小信号等效电路模型的提取  32-42
    3.2.4 小结  42
  第三节器件的大信号特性描述  42-48
    3.3.1 Crispps方法  45-47
    3.3.2 load-pull方法  47-48
  附录  48-50
  参考文献  50-52
第四章 AlGaN/GaN HEMT微波功率管的内匹配设计  52-64
  第一节工作类型的选择  52-55
  第二节匹配网络的设计和放大器的稳定性  55-60
    4.2.1 匹配网络的设计  55-59
    4.2.2 放大器的稳定性  59-60
  第三节偏置电路的设计  60-63
  参考文献  63-64
第五章 AlGaN/GaN HEMT微波功率管的测试结果和分析  64-79
  第一节 AlGaN/GaN HEMT微波功率管的测试  64-67
  第二节结果分析  67-69
  第三节器件温度分布分析  69-78
  参考文献  78-79
第六章总结  79-81
  第一节小结  79
  第二节未来的工作  79-81
作者在读期间科研成果简介  81-83
致谢  83

AlGaN/GaN HEMT微波功率特性研究

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