亚微米GaAs PHEMT器件及其小信号建模

摘要

自从1951年提出异质结概念以来，以异质结理论为基础的半导体器件就得到的迅猛发展。和同质结相比，异质结构所具有的高电子浓度、高迁移率等优点，促使了半导体器件向微波/毫米波频域发展。因此，自1985年Rosenberg和Ketterson发明PHEMT器件以来，PHEMT技术就成为各国研究的热点。经过数十年的发展，PHEMT器件以其良好的高频特性、功率特性和噪声特性在军事/民用领域表现出巨大的应用前景，例如雷达、通讯和自动控制等。本文将在前人研究的基础上，研制用于低噪声电路的亚微米GaAs PHEMT器件。为了得到性能优良的PHEMT器件，论文包含了如下的三个方面： 首先是设计了亚微米PHEMT 器件的结构，因为结构是决定性能的主要因素。PHEMT器件的结构设主要分为横向结构设计和纵向结构设计。在纵向结构设计中，本文首先根据FET器件的I-V模型，分析了影响器件性能的主要参数，然后再利用POSES软件数值求解了层结构和器件参数之间的关系；而在横向结构设计中，本文依据典型的FET 小信号等效电路模型，定性地分析了版图对器件性能的影响；最后，根据上述分析结果，得到了PHEMT 器件的结构尺寸。 其次，是进行了器件的工艺设计。基于原有的MESFET工艺，本文给出了PHEMT器件的基本工艺流程，并详细分析了影响器件性能的关键工艺，最终得到性能较为优异的PHEMT器件。通过对0.25μm<'*>40μm<'*>3 PHEMT器件的测试，得到器件基本的性能参数为：I<,DSS>=186mA/mm、g<,max>=379mS/mm、f<,T>=25GHz、f<,max>=52GHz、NF=1.1dB(12GHz)。 最后是分析了PHEMT器件的小信号模型。利用参数直接提取法，本文在ICCAP软件中编写了小信号建模软件。通过对各种结构和尺寸FET的测试分析，表明该建模软件能精确描述0.1-20GHz频域内器件的小信号特性。

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论文说明：图表目录

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第一章绪论

1.1微电子技术的发展历程

1.2砷化镓场效应晶体管

1.2.1砷化镓的材料属性

1.2.2砷化镓场效应管的发展历程

1.2.3砷化镓场效应晶体管的应用

1.3本篇论文研究的主要工作

第二章亚微米GaAsPHEMT的结构设计与优化

2.1 GaAs PHEMT器件的纵向结构设计

2.1.1 GaAs PHEMT的基本层结构

2.1.2 PHEMT器件的电流-电压特性

2.1.3 PHEMT器件的电荷控制模型

2.2 GaAs PHEMT器件的横向结构设计

2.2.1 GaAs PHEMT的横向结构形式

2.2.2 GaAs PHEMT的横向结构优化设计

2.3本章小结

第三章GaAsPHEMT的工艺设计

3.1 GaAs PHEMT的版图设计

3.1.1版图设计规则

3.1.2 GaAs PHEMT的版图

3.2 GaAs PHEMT的工艺设计

3.2.1 GaAs PHEMT的基本工艺流程

3.2.2关键工艺分析

3.3 GaAs PHEMT的流水结果及测试

3.4本章小结

第四章GaAsPHEMT小信号模型提取

4.1 GaAs PHEMT器件模型的研究意义和分类

4.2 PHEMT小信号模型的研究目标和方案设计

4.2.1研究目标

4.2.2方案设计

4.2.3在片测试技术

4.3 GaAs PHEMT的小信号建模

4.3.1常用的小信号等效电路模型

4.3.2小信号建模的一般历程

4.3.3 PHEMT器件的小信号模型

4.4 GaAs PHEMT小信号模型的验证

4.5模型的应用

4.6本章小结

第五章展望

5.1本篇论文工作的主要内容

5.2对进一步研究工作的展望

参考文献

致谢

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