AlGaN/GaN HFET 五参数模型

标题：A Five-Parameter Model of the AlGaN/GaN HFET

来源：IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES（15年）

摘要—我们引入了AlGaN/GaN异质结场效应晶体管（HFET）漏极电流Id（Vgs，Vds）的解析表达式，该表达式是其栅极和漏极电压的函数。我们从HFET的紧凑物理模型中推导出这个函数。所提出的电流表达式由五个参数配置，这些参数可以用器件的几何形状和材料来表示。我们通过将其嵌入表示端子馈送阻抗和器件寄生参数的12参数RLC网络，将模型扩展到小信号射频操作。我们调整扩展模型的参数，以同时拟合工业晶体管的直流和射频测量数据。
索引术语—AlGaN/GaN，解析，紧凑模型，连续可微，直流，HEMT，异质结场效应晶体管（HFET），物理，基于物理的，射频。

文章研究了什么

该文章研究了AlGaN/GaN HFET（高电子迁移率晶体管）的理想模型及其在不同条件下的行为。

• 该模型排除了击穿、电荷储存、自热、亚阈值、短沟道和捕获效应。
• 通过使用一个包含12个参数的RLC嵌入电路，将该模型扩展到射频，并拟合到一个器件的测量数据，包括直流I-V、S11、S22和S21。
• 该模型与测量结果显示出极好的一致性，仅在高频和低频时存在轻微差异，分别归因于系统误差和电子捕获。
• 所提出的模型由两个区域组成：源中性区（Z1）和本征FET区（Z2），遵循肖克利方程。
• 该模型还包括一个空间电荷受限区（Z3），在这里载流子输运受到空间电荷限制，电子速度有效饱和。
• 通过模拟和测量的S21幅度和相位，以及直流扫描和阶跃响应的验证，证明了该模型的有效性。

文章的创新点

• 该文章提出了一个理想的AlGaNGaN HFET模型，排除了击穿、电荷储存、自热、亚阈值、短沟道和捕获效应等各种影响。这种方法简化了对器件行为的表示，使其更为准确。
• 通过使用包含12个参数的RLC嵌入电路，将该模型扩展到射频，从而实现对器件在高频下性能的表征。这一扩展为HFET的射频行为提供了有价值的见解。
• 所提出的模型通过拟合一个器件的测量数据，包括直流I-V、S11、S22和S21，与实验数据取得了极好的一致性。这证明了模型在捕捉器件特性方面的有效性和准确性。
• 该文章还引入了一个AlGaNGaN HFET的五参数模型，提供了对器件行为的简化表示。这个模型可用于对HFET性能进行快速高效的分析。
• 文章提出了一个先前的五区HFET模型，作为对所提出的理想模型的参考。这种比较突显了当前研究中取得的改进和进展。

文章的研究方法

• 该文章采用了分析方法，以开发AlGaNGaN HFET的理想模型。该模型排除了各种影响，如击穿、电荷储存、自热、亚阈值、短沟道和捕获效应。
• 通过使用包含12个参数的RLC嵌入电路，将该模型扩展到射频，从而允许对器件在高频下的行为进行表征。
• 所提出的模型通过拟合一个器件的测量数据，包括直流I-V、S11、S22和S21，以验证其准确性和有效性。
• 文章还提出了一个先前的五区HFET模型，作为所提出的理想模型的参考，突显了当前研究中取得的进展。

总体而言，研究方法涉及开发一个理想模型，将其扩展到射频，并通过对一个器件的测量进行验证。

文章的结论

• 该文章首次通过提出并解决HFET中导电物理的核心概念模型，解释了AlGaNGaN HFET中的大信号晶体管效应。该模型由两个区域Z4和Z2组成，它们由表示栅的漏端边缘的点x=L_g分隔。参数L_g、a、i_m、b和V_to可以用HFET的物理几何形状和材料表示，并被调整为等效电路参数，以同时拟合单个器件的直流和射频测量数据。
• 文章通过排除各种效应，如击穿、电荷储存、自热、亚阈值、短沟道和捕获效应，为这个理想模型报告了一个精确的解。该模型在分析上近似，并通过使用包含12个参数的RLC嵌入电路扩展到射频，该电路被拟合到一个器件的直流I-V、S11、S22和S21测量中，与实验数据显示出极好的一致性。
• 所提出的模型及其对实验数据的拟合展示了这种方法在捕捉AlGaNGaN HFET行为方面的有效性和准确性，为理解其性能提供了有价值的见解。