GaN HEMT非線性模型和微波功率放大器設(shè)計.pdf

1、與前二代半導體硅(Si)和砷化鎵(GaAs)材料相比，第三代半導體氮化鎵(GaN)材料具有禁帶寬、電子遷移率高、電子飽和速率高、耐高壓和耐高溫等眾多優(yōu)點。GaN材料的這些特性使得AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)具有輸出功率密度大，工作電壓高和輸出阻抗高等特點，在光電子、高溫大功率器件、民用通信和微波通信應用方面有著廣闊的前景。
　　 為了使GaN器件應用于微波和毫米波電路，需要對器件的可靠性及電路設(shè)計等方面提出更

2、高的要求。目前，AlGaN/GaN HEMT器件可靠性及模型建立理論方面的研究成果較少，無法很好的描述GaN器件特性。
　　 本文在經(jīng)典Angelov模型和EEHEMT1模型的基礎(chǔ)上，考慮了柵源電壓Vgs對膝點電壓Vknee的影響和器件的自熱效應，對其直流部分進行了改進，建立了一種新的半經(jīng)驗直流特性模型。在研究過程中，使用MATLAB軟件提取了模型參數(shù)。與經(jīng)典的經(jīng)驗模型相比，新的模型方程在線性區(qū)和飽和區(qū)都更好地描述了AlGaN/

3、GaN HEMT器件的I-V特性，取得了較好的模擬效果。然后，基于負載牽引測試和功率掃描測試結(jié)果，結(jié)合實驗室自主研制的AlGaN/GaN HEMT器件，分別給出了輸出功率、增益和功率附加效率的模擬結(jié)果。在連續(xù)波的條件下(直流偏置電壓為Vds=30V，Vgs=-4.0V)，柵寬為100μm的器件在5.5GHz頻率下最大輸出功率為28.63dBm，最大功率附加效率出現(xiàn)在輸入功率為14dBm處，約為35％，線性增益約為17dB。根據(jù)尺寸變換方

4、法，柵寬1mm的器件在同樣偏置條件下最大輸出功率為37.79dBm，最大功率附加效率約為40％。，線性增益約為15dB。最后，基于建立的模型，完成了X波段AlGaN/GaN HEMT器件的AB類功率放大器的電路仿真和設(shè)計。為了提高電路的性能，對電路的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及匹配結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，最終得到了較好的仿真結(jié)果：輸出功率峰值達到46.17dBm，功率附加效率約為54％，線性增益為17.3dB。另外，本文采用五次諧波抑制拓撲結(jié)構(gòu)和微帶線結(jié)構(gòu)，設(shè)