一种新的基于物理的AlGaN/GaN HFET紧凑模型

标题：A new physics-based compact model for AlGaN/GaN HFETs (IEEE MTT-S International Microwave Symposium)

摘要

摘要 - 针对AlGaN/GaN HFET，提出了一种无拟合参数的物理解析模型。对于非饱和操作，建立了两个接入区和栅极下方I-V特性的非线性分析模型。所得方程通过边界处的电压和电流连续性连接在一起。证明了该模型与商业模拟器ATLAS的相应模拟之间的良好一致性。此外，所提出的模型与流行的HFET操作曲线拟合模型相比是有利的。

索引术语 - HEMT，建模，电阻

文章研究了什么

这篇文章介绍了针对AlGaN/GaN HFET（高电子迁移率晶体管）的一种基于物理的紧凑模型。该模型针对非饱和工作区域和栅极下方的I-V特性进行了非线性分析建模，并通过电压和电流连续性在边界上将这些方程联系起来。研究结果表明，该模型与ATLAS商业模拟器进行的对比表现良好，并与流行的曲线拟合模型相比具有优势。该模型对于AlGaN/GaN HFET的性能预测在通信和雷达系统等应用中具有重要意义。

文章的创新点

提出了一种基于物理的分析模型：该模型是针对AlGaN/GaN HFET的物理特性进行建模，而不依赖于任何拟合参数。通过考虑通道物理分为三个区域，并利用电流和电压连续性条件将这些区域模型进行整合，从而得到了准确描述HFET的I-V特性的模型。

适用于非饱和操作：该模型主要针对非饱和工作区域，即在直流I-V曲线的拐点处终止的操作状态进行了建模。这种操作状态对于射频功率放大器负载线的上部左端点的高电流操作具有关键作用。该模型能够确定饱和操作中的漏极电流，并且在后续的论文中将进一步讨论饱和操作。

适用于商业微波电路模拟器：为了充分利用AlGaN/GaN HFET的性能，需要将其嵌入到商业微波电路模拟器中进行仿真。该模型适用于商业微波电路模拟器，可以与ATLAS等二维物理仿真器进行对比，并与流行的等效电路模型进行比较。

文章的研究方法

ATLAS模拟器：研究中使用了ATLAS商业模拟器来进行AlGaN/GaN HFET的物理仿真。ATLAS是一种二维物理仿真器，可以模拟器件的电子密度、电场分布等物理特性。

物理分析和模型开发：研究中基于ATLAS模拟结果，对AlGaN/GaN HFET的通道物理进行了分析。根据仿真结果，将通道物理分为源极接触区、栅极下方区域和漏极接触区，并针对每个区域开发了相应的非线性分析模型。通过考虑电流和电压的连续性条件，将这些区域模型整合在一起，构建了物理基础的紧凑模型。

与实际测量和曲线拟合模型的对比：为了验证所提出的模型的准确性，研究中将模型预测的I-V特性与实际测量结果进行对比。此外，还将所提出的模型与常用的曲线拟合模型进行比较，评估其在描述HFET操作中的优势。

文章的结论

该研究提出了一种基于物理的紧凑模型，用于描述AlGaN/GaN HFET的非饱和操作特性。该模型在源极接触区域、栅极下方区域和漏极接触区域分别开发了非线性分析模型，并通过电流和电压的连续性条件将它们整合在一起。与ATLAS商业模拟器的仿真结果进行对比表明，该模型与实际测量结果和流行的曲线拟合模型相比具有良好的一致性。这种基于物理的紧凑模型能够准确预测AlGaN/GaN HFET的性能，并适用于商业微波电路模拟器。这对于AlGaN/GaN HFET在通信和雷达系统等应用中的性能优化和设计具有重要意义。