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【6h】

功率GaAs HBT结构参数及镇流电阻对其热稳定性影响的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和设计指标

1.3.1 研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 论文组织结构

第二章 GaAs HBT器件特性及热特性

2.1 GaAs HBT的结构和原理

2.2 GaAs HBT的优势

2.3 GaAs HBT的性能和热特性参数

2.3.1 输出功率和功率附加效率

2.3.2 截止频率和最高振荡频率

2.3.3 开启电压

2.3.4 电流增益和电流增益崩塌

2.3.5 热阻

2.4 本章小结

第三章 功率GaAs HBT稳态热传导模型及表面温度分布模拟

3.1 多发射极HBT三维热分析模型的建立

3.1.1 热分析模型

3.1.2 热传导方程

3.2 稳态下GaAs HBT表面温度分布模拟

3.3 本章小结

第四章 GaAs HBT自加热和热耦合效应与结构参数的关系

4.1 影响热稳定性的结构参数和镇流电阻

4.1.1 HBT发射极指数

4.1.2 HBT发射极间距

4.1.3 HBT发射极指长

4.1.4 HBT发射极镇流电阻

4.2 发射极指间距设计方法

4.2.1 均匀发射极指间距

4.2.2 非均匀发射极指间距

4.2.3 非均匀发射极指间距与传统均匀发射极指间距比较

4.3 发射极指长设计方法

4.3.1 均匀发射极指长

4.3.2 非均匀发射极指长

4.3.3 非均匀发射极指长与传统均匀发射极指长比较

4.4 本章小结

第五章 GaAs HBT自加热和热耦合效应与镇流电阻的关系

5.1 发射极三指镇流电阻的设计

5.2 发射极N指镇流电阻的设计

5.3 多发射极指非均匀镇流电阻的模拟

5.3.1 均匀发射极镇流电阻

5.3.2 非均匀发射极镇流电阻

5.3.3 非均匀发射极指镇流电阻与传统均匀发射极指镇流电阻比较

5.4 模拟结果与设计指标对比

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 未来展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

异质结双极晶体管(HBT)在通讯、雷达、功率放大器和微波振荡器等领域有着广泛应用,输出功率高,高频特性优异,线性度宽和效率高,由于这些优点,HBT扮演着越来越重要的角色。然而芯片的尺寸不断变小,导致了热阻的不断变大,继而加剧了自加热效应和热耦合效应的影响,严重限制了HBT高功率处理能力。
  为了很好的发挥HBT的功率处理能力,消除自加热和热耦合效应,使器件能够热稳定,本文研究了自加热和热耦合效应及补偿方法,讨论了通过HBT本身设计和优化镇流电阻的方法来提高热稳定性。本课题的研究工作对微波功率GaAs HBT的应用具有一定的理论和实用价值。本论文主要工作包括:
  (1)根据稳态热传导方程,建立了多发射极GaAs HBT三维热传导模型,得到芯片表面的稳态温度场分布,基于Sivaco TCAD仿真平台,模拟了多发射极GaAs HBT器件的热特性,讨论了GaAs HBT表面温度分布的影响因素。
  (2)从非均匀发射极指间距、非均匀发射极指长、非均匀发射极镇流电阻等角度分析了补偿热稳定性的方法,并分别与传统的均匀方法进行了比较。实验结果表面,非均匀的设计结果优于传统的均匀设计结果。
  (3)分析了功率GaAs HBT的热稳定性,给出了补偿自加热效应所需最优电阻值,推导了理想镇流电阻的表达式,为功率器件的设计提供了指导。

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