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与氮化镓(GaN)相比,超宽禁带半导体—金刚石具有更高的禁带宽度、更高的热导率和相当的载流子迁移率,在大功率微波毫米波功率器件领域有着重要的应用潜力。随着基于GaN微波功率器件向更小尺寸、更大输出功率和更高频率的方向发展,“热”的问题越来越突出,逐渐成为制约器件向更高性能提升的重要问题之一。采用高热导率金刚石作为高频、大功率GaN器件的衬底,可以降低GaN大功率器件的自热效应对功率和效率等指标的影响,成为近几年的国际研究热点。本文开展了基于金刚石衬底的氮化镓微波功率放大器研究。首先,论文针对金刚石基氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN-on-diamond HEMTs)开展了准物理区域划分(QPZD)大信号建模,在传统GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)模型基础上,添加了可扩展变量及温度相关参量,将热阻设为和环境温度相关的多项式,使模型可以实现高低温变化下缩放栅指数及栅宽。实现目前传统模型无法实现的高低温变化下的缩放功能。然后通过对2×125μm,4×125μm和10×50μm金刚石基氮化镓高电子迁移率晶体管器件进行了测试,并建立了可缩放模型,验证结果表明所建立的大信号可缩放可以准确预测高低温环境下的DC I-V、散射参数(S参数)和大信号特性。最后基于建立的大信号模型,开展了金刚石基氮化镓微波内匹配功率放大器设计,仿真结果表明该放大器在9.5GHz~10.5GHz频段内,功率输出基本达到43dBm,PAE大于36%。