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【6h】

InGaP/GaAs HBT器件多物理量建模研究

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摘要

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第一章 绪论

1.1 III-V族HBT器件及模型研究现状

1.1.1 III-V族HBT发展与研究现状

1.1.2 HBT器件模型发展与研究现状

1.2 本文研究意义及思路

1.3 本文研究内容

第二章 异质结双极型晶体管基础

2.1 InGaP/GaAs HBT理论基础

2.1.1 BJT结构及原理

2.1.2 HBT结构及原理

2.2 HBT的特性及各种效应

2.2.1 直流特性

2.2.2 交流特性

2.2.3 HBT的各种效应

2.3 本章总结

第三章 InGaP/GaAs HBT小信号及大信号模型

3.1 HBT小信号模型拓扑

3.2 HBT小信号模型参数提取

3.2.1 寄生部分参数提取

3.2.2 本征参数提取

3.3 HBT大信号模型简介

3.3.1 Gummel-Poon模型

3.3.2 VBIC模型

3.3.3 HICUM模型

3.4 AgilentHBT大模型及其参数

3.4.1 AgilentHBT大模型等效电路

3.4.2 AgilentHBT模型概述

3.4.3 AgilentHBT模型参数

3.5 本章小结

第四章 基于InGaP/GaAs HBT的器件模型建立

4.1 器件测试

4.1.1 测试流程

4.1.2 测试过程中的去嵌(De-Embedding)

4.1.3 直流(DC)部分测试

4.1.4 高频测试

4.2 模型参数调整与拟合

4.2.1 Agilent HBT模型参数修改

4.2.2 模型调试与拟合

4.3 基于powercell的HBT模型验证与修正

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 结论

5.2 未来工作

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

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摘要

随着无线通信和射频技术的发展,集成电路设计对器件特性的要求也逐渐提高,特别是在微波射频等高频电路设计领域。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件由于有较好的高频特性而被重点研究,其中,InGaP/GaAs异质结双极型晶体管(HBT)与其他化合物半导体相比,具有更高的禁带宽度,更大的电流增益,更高的可靠性,以及更好的温度稳定性等众多优势,非常适用于微波毫米波电路设计,因此本文对其模型进入深入研究,并建立可以实际应用的较为准确可靠的模型。 本文从InGaP/GaAs HBT的原理和特性入手,在分析其结构的基础上,建立其小信号模型,根据小信号模型等效电路,使用直接提取参数的方法,对小信号模型参数进行了提取。随后分析HBT的几个重要的大信号模型,并从其模型描述入手,对比分析各模型在低频及高频的优劣势,在此基础上,着重介绍了Agilent HBT大信号模型,并对其参数进行分析与分类。本文采用较为准确的测试仪器进行小信号和大信号测试,然后将器件的工艺参数引入Agilent HBT模型,修改并进行参数调节,采用将测试和模型仿真结果对比的方法,对模型参数进行不断修改,得出较准确的模型,提高器件模型对工艺流程以及工作环境温度的敏感性,从而提高器件设计良率。最后用上述HBT设计功率单元(powercell),该powercell能模拟器件在实际应用时的工作状态,对power cell进行测试并与模型拟合,随后对powercell进行电磁场仿真(EM仿真)和热仿真,研究其电磁特性和热学特性,增加热电耦和电磁耦合补偿,进一步改进模型,得到了可以实际应用的InGaP/GaAs HBT模型。 本文通过对Agilent HBT模型参数的修改,得到了对五种不同尺寸均有较好适应性的InGaP/GaAs HBT模型,该模型可以扩展到其他尺寸,得到的模型对于-25℃,25℃和125℃三种温度有较好的适应性,因此该模型对于-25℃至125℃之间的任何温度均适用。最后,本文得到了直流和高频条件下,相对比较准确的器件模型,得到了较准确的powercell验证结果,各模型参数的仿真结果和实际器件的测试结果误差均在5%以内。

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