本发明专利技术公开了一种基于有源补偿子电路的GaN HEMT大信号模型改进方法，主要解决现有GaN HEMT大信号模型无法精确拟合Kink效应和自热效应区域的问题。其技术方案是：1.测量所用器件，通过数据拟合得到高电子迁移率晶体管大信号模型EEHEMT1的参数；2.构建含所用器件直流I-V曲线数据的电流源，并将电流源与EEHEMT1并联，再构建有源补偿子电路；3.在有源补偿子电路的基础上构建源极电位可调的有源补偿子电路，再与EEHEMT1并联，完成GaN HEMT大信号模型的改进。本发明专利技术能精确拟合出Kink效应和自热效应区域，可精确预测器件静态工作点和电路的效率，可用于对GaN HEMT的电路设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种对GaN高电子迀移率晶体管HEMT大信 号模型的构建方法，可用于对GaNHEMT器件的电路设计，更加精确地预测电路在大信号状 态下的工作时性能。 技术背景 随着当今国防建设、通讯产业和航空航天技术的发展，对设备的射频系统提出了 越来越高的要求：小型化、耐高温、抗辐射、大功率、超高频、适合在恶劣环境下工作等。以 GaN和SiC为代表的宽禁带半导体材料和器件成为研究的热点，在未来的通讯和国防中，研 究和开发出可以工作在更高频率和具有更大功率的高性能半导体材料和器件具有十分重 要的意义。 随着外延材料质量的不断提高，器件工艺的不断完善，AlGaN/GaNHEMT器件的发 展十分迅速。近年来，器件的特性指标飞速发展，尤其是AlGaN/GaNHEMT器件的微波功率 特性，器件的输出功率和功率密度都得到大幅度的提高。除制造工艺技术和器件特性外， AlGaN/GaNHEMT的建模工作也一直是人们研究的重点。由于在射频微波领域的突出应用， AlGaN/GaNHEMT器件模型研究一直是器件研究领域的一个重要组成部分。器件模型包括小 信号模型和大信号模型。对于小信号，不论国内还是国外，小信号建模的工作都取得了一定 的进展，其中S参数法应用得最为广泛。而大信号建模历来都是微波功率器件分析的难点 所在。而且AlGaN/GaNHEMT大信号模型绝大部分都是建立在GaAs材料基础上，并且基本 都是套用MESFET相关模型，没有考虑GaN材料与GaAs材料之间的差异，这样器件模型会有 一定误差。 常用的GaNHEMT器件模型通常可分为经验解析模型和表格基模型两类。 -、经验解析模型，也叫等效电路模型，即针对实际工艺制作的不同器件，采用相 应的测试和参数提取技术，用参数拟合和优化方法得出制作单片电路所需的各种器件模 型，其优点是函数关系和算法简单，非常适合于宽带大信号射频放大器。但这些模型都需要 提取一定量的拟合参数，且模型精度越高，所需拟合的参量就越多，因而增加了算法的复杂 度。 二、表格基模型，也称数据基模型，是建立在大量测试基础上的模型，因为它是器 件电参数的真实反映，与工艺线的结合更加紧密，与实际的器件特性更加接近。但表格基模 型的灵活性和实用性要比经验解析模型差，对于大栅宽器件需要更多的公式和测量更多的 数据，降低了其伸缩性并加大了统计平均模型的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于有源补偿子电路的GaNHEMT器件大信号模型改 进方法，以解决上述现有GaNHEMT器件模型的不足，实现对器件kink效应区域和自热效应 区域的精确仿真，使得器件在大信号工作模式下静态工作点的确定和电路工作效率的预测 更加准确。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下： (1)对所用器件进行测量，并将测量数据通过拟合得到高电子迀移率晶体管大信 号模型EEHEMT1的参数； (2)将所用器件测量得到的直流DCI-V输出曲线写入到一个电流源内； (3)将所述EEHEM1大信号等效电路模型与电流源进行并联，组成有源补偿核，分 别在有源补偿核的源极、栅极和漏极三个电极各串联一个电感，用来阻挡交流信号，同时在 有源补偿核的栅极和漏极各串联一个直流源，用来提供直流功率，构成有源补偿子电路，该 有源补偿子电路的漏源电流Ids_to_hS: Ids-branch(Vds，Vgs) Ids-EEHEMT1-1(Vds，Vgs)Ids-measured(Vds，Vgs) ' 其中IdsEEHEMT11为有源补偿子电路中高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1的 源漏电流，Ids__s_dS有源补偿子电路中包含直流DCI-V输出曲线数据的电流源的源漏电 流。 (4)在有源补偿子电路的源极串联一个电压源，形成一个源极电位可调的有源补 偿子电路，再将该源极电位可调的有源补偿子电路与所述EEHEMT1大信号等效电路模型并 联，即将该源极电位可调的有源补偿子电路的源极与所述EEHEMT1模型的漏极相连，将源 极电位可调的有源补偿子电路的漏极与所述EEHEMT1模型的源极相连，得到改进后GaN高 电子迀移率晶体管HEMT大信号模型，该改进后的GaN高电子迀移率晶体管HEMT大信号模 型源漏电流Ids表示为： Ids(Vds，Vgs) -Ids-EEHEMT1-2(Vds，Vgs)_(Ids-EEHEMT1-1(Vds，Vgs)Ids-measured(vds，vgs))， 其中，IdsEEHEMT11为有源补偿子电路中高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1的 源漏电流，Ids__s_d为含有直流DCI-V输出曲线数据的电流源的源漏电流，IdsEEHEMT12为与 源极电位可调的有源补偿子电路相并联的高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1的源 漏电流，Vds为改进后的GaN高电子迀移率晶体管HEMT大信号模型的源漏电压，Vgs为改进 后的GaN高电子迀移率晶体管HEMT大信号模型的栅源电压。 本专利技术的有益效果是： 1)本专利技术将等效电路模型和表格基模型相结合，建立的GaN高电子迀移率晶体管 HEMT大信号模型，既具有等效电路模型的灵活性与实用性，又具有表格基模型的真实性； 2)本专利技术通过有源补偿子电路对原始GaN高电子迀移率大信号模型的源漏电流 进行修正，使得改进后模型的直流DCI-V仿真曲线与测试曲线实现零误差的拟合，成功解 决了现有模型无法对GaN高电子迀移率晶体管HEMT表现处的kink效应和自热效益同时精 确拟合的缺点，降低了对原始大信号模型直流DCI-V曲线建模精度的要求，减少了建模时 优化的步骤，节省了建模所需的时间，同时提高了模型仿真的精度； 3)本专利技术在有源补偿子电路的三个电极串联三个理想电感，隔离了交流信号，因 此有源补偿子电路不会对原始大信号模型的交流性能产生影响； 4)使用本专利技术建立的GaN高电子迀移率晶体管HEMT大信号模型，在电路设计阶段 能对器件静态工作点和电路的效率能做出更为准确的预测，在实际电路设计中更加简单、 准确和实用。【附图说明】 图1为现有的AlGaN/GaNHEMT器件结构示意图； 图2为本专利技术对图1建模的主流程图； 图3为本专利技术中提取高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1参数的子流程图； 图4为本专利技术中提取图1寄生电容的开路结构图； 图5为本专利技术中提取图1寄生电容和寄生电阻的短路结构图； 图6为现有高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1的等效原理图； 图7为本专利技术为改进电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1而增设的有源补偿子 电路的原理图； 图8为本专利技术改进后的高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1电路原理图； 图9为图7有源补偿子电路的直流DC I-V曲线图； 图10为改进前、后高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1的直流DC I-V仿真 曲线与实际器件的直流DC I-V测试曲线对比图； 图11为用本专利技术改进后的高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1仿真得到的 转移曲线和跨导曲线与实际器件测试得到的转移曲线和跨导曲线的对比图；图12为改进前、后的高电子迀移率晶体管大信号模型EEHEMT1散射参数仿真曲线 与实际器件散射参数测试曲本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于有源补偿子电路的GaN HEMT大信号模型改进方法，其特征在于：(1)对所用器件进行测量，并将测量数据通过拟合得到高电子迁移率晶体管大信号模型EEHEMT1的参数；(2)将所用器件测量得到的直流DC I‑V输出曲线写入到一个电流源内；(3)将所述EEHEM1大信号等效电路模型与电流源进行并联，组成有源补偿核，分别在有源补偿核的源极、栅极和漏极三个电极各串联一个电感，用来阻挡交流信号，同时在有源补偿核的栅极和漏极各串联一个直流源，用来提供直流功率，构成有源补偿子电路，该有源补偿子电路的漏源电流Ids_branch为：Ids_branch(Vds,Vgs)＝Ids_EEHEMT1_1(Vds,Vgs)‑Ids_measured(Vds,Vgs)，其中Ids_EEHEMT1_1为有源补偿子电路中高电子迁移率晶体管大信号模型EEHEMT1的源漏电流，Ids_measured为有源补偿子电路中包含直流DC I‑V输出曲线数据的电流源的源漏电流；(4)在有源补偿子电路的源极串联一个电压源，形成一个源极电位可调的有源补偿子电路，再将该源极电位可调的有源补偿子电路与所述EEHEMT1大信号等效电路模型并联，即将该源极电位可调的有源补偿子电路的源极与所述EEHEMT1的漏极相连，将源极电位可调的有源补偿子电路的漏极与所述EEHEMT1模型的源极相连，得到改进后GaN高电子迁移率晶体管HEMT大信号模型，该改进后的GaN高电子迁移率晶体管HEMT大信号模型源漏电流Ids表示为：Ids(Vds,Vgs)＝Ids_EEHEMT1_2(Vds,Vgs)‑(Ids_EEHEMT1_1(Vds,Vgs)‑Ids_measured(Vds,Vgs))，其中，Ids_EEHEMT1_1为有源补偿子电路中高电子迁移率晶体管大信号模型EEHEMT1的源漏电流，Ids_measured为含直流DC I‑V输出曲线数据的电流源的源漏电流，Ids_EEHEMT1_2为与源极电位可调的有源补偿子电路相并联的高电子迁移率晶体管大信号模型EEHEMT1的源漏电流，Vds为改进后的GaN高电子迁移率晶体管HEMT大信号模型的源漏电压，Vgs为改进后的GaN高电子迁移率晶体管HEMT大信号模型的栅源电压。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，郑佳欣，卢阳，张恒爽，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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