论文部分内容阅读
与前二代半导体硅（Si）和砷化镓（GaAs）材料相比,第三代半导体氮化镓（GaN）材料具有禁带宽、电子迁移率高、电子饱和速率高、耐高压和耐高温等众多优点。GaN材料的这些特性使得AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）具有输出功率密度大,工作电压高和输出阻抗高等特点,在光电子、高温大功率器件、民用通信和微波通信应用方面有着广阔的前景。为了使GaN器件应用于微波和毫米波电路,需要对器件的可靠性及电路设计等方面提出更高的要求。目前,AlGaN/GaN HEMT器件可靠性及模型建立理论方面的研究成果较少,无法很好的描述GaN器件特性。本文在经典Angelov模型和EEHEMT1模型的基础上,考虑了栅源电压Vgs对膝点电压Vknee的影响和器件的自热效应,对其直流部分进行了改进,建立了一种新的半经验直流特性模型。在研究过程中,使用MATLAB软件提取了模型参数。与经典的经验模型相比,新的模型方程在线性区和饱和区都更好地描述了AlGaN/GaN HEMT器件的I-V特性,取得了较好的模拟效果。然后,基于负载牵引测试和功率扫描测试结果,结合实验室自主研制的AlGaN/GaN HEMT器件,分别给出了输出功率、增益和功率附加效率的模拟结果。在连续波的条件下(直流偏置电压为Vds=30V,Vgs=-4.0V),栅宽为100μm的器件在5.5GHz频率下最大输出功率为28.63dBm,最大功率附加效率出现在输入功率为14dBm处,约为35%,线性增益约为17dB。根据尺寸变换方法,栅宽1mm的器件在同样偏置条件下最大输出功率为37.79dBm,最大功率附加效率约为40%。,线性增益约为15dB。最后,基于建立的模型,完成了X波段AlGaN/GaN HEMT器件的AB类功率放大器的电路仿真和设计。为了提高电路的性能,对电路的稳定结构以及匹配结构进行了优化,最终得到了较好的仿真结果:输出功率峰值达到46.17dBm,功率附加效率约为54%,线性增益为17.3dB。另外,本文采用五次谐波抑制拓扑结构和微带线结构,设计了GaN HEMT E类开关功率放大器,得到的仿真结果为:最大输出功率为40.5dBm,最大附加效率为68.2%,线性增益为13.64dB,并且电路对五次以下的谐波都有很好的抑制作用。