微波功率SiC MESFET大信号建模技术研究

摘要

碳化硅(SiC)是第三代(宽禁带)半导体电子材料，SiC金属一半导体场效应管(MESFET)在高温、大功率、高频、抗辐射等领域有着广阔的应用前景。与目前已取得较好成果的物理机理模型相比，基于测量的模型具有简单、快速和精确等优点，成为国内外相关学者研究的热点。本文从SiCMESFET小信号等效电路模型出发，分析了SiC MESFET直流I-V解析特性，建立了微波功率SiCMESFET大信号经验模型和黑盒子模型等基于测量的器件模型。 首先，本文基于传统FET小信号模型，提出了适合微波功率SiC MESFET的小信号等效电路拓扑和精确的小信号模型参数提取方法。建立的小信号等效电路模型具有比较简单、精确和宽带(0-20GHz)等特性，为大信号分析提供必要的数据。 然后，本文分析了SiC MESFET直流I-V解析特性，并结合GaAs FET器件的大信号模型，改进了Triquint’s own model(TOM)、Angelov和Currice Cubic直流I-v特性模型，以及Angelov非线性电容模型，建立了温度相关的SiC MESFET大信号经验模型。该模型以符号定义器件(SDD)的形式嵌入到商用软件ADS中，并通过实测的直流I-V曲线、多偏置下的S参数和ADS谐波平衡(HB)仿真结果进行了验证，结果表明本文模型具有较好的精度。 最后，本文介绍了支持向量机(SVM)，及其在建立大信号表格模型中的应用，提出了一种新的黑盒子模型——大信号支持向量回归机(SVR)模型。计算结果表明大信号SVR模型可以快速、准确模拟SiC MESFET的非线性特性。 功率器件的精确建模对实现最大功率输出和提高效率至关重要，并可以加快微波功率SiC MESFET器件和电路的研制、商品化，以及在各种领域的应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1碳化硅材料特性及其在微波领域的应用

1.2微波功率SiC MESFET器件的进展

1.3微波功率SiC MESFET器件大信号建模概述

1.3本文的主要内容

第二章 微波功率Si C MESFET小信号等效电路建模

2.1功率SiC MESFET小信号等效电路模型

2.2改进的cold FET方法提取SiC MESFET小信号模型寄生元件参数

2.2.1 SiC MESFET寄生电容提取

2.2.2 SiC MESFET寄生电感和电阻提取

2.3 SiC MESFET小信号本征元件参数提取

2.4 SiC MESFET小信号等效电路模型元件参数优化

2.5本章小结

第三章 微波功率SiC MESFET大信号经验模型

3.1功率SiC MESFET直流I-V特性分析

3.1.1 SiC MESFET直流I-V特性解析模型

3.1.2 直流I-V特性经验模型

3.2功率SiC MESFET非线性电容模型

3.2.1栅源电容Cgs模型和栅漏电容Cgd模型

3.2.2漏源电容Cds

3.3 栅源电流Igs和栅漏电流Igd模型

3.4 色散模型

3.5 温度相关特性模型

3.6 大信号模型的验证

3.6.1 ADS用户定义模型简介

3.6.2 SiC MESFET大信号SDD模型的实现及其验证

3.7 本章小结

第四章 基于支持向量回归机的大信号模拟

4.1 SVR简介

4.2 SiC MESFET大信号SVR模型

4.2.1基于SVR的S参数测量

4.2.2大信号CAD应用SVR模型

4.2.3 SiC MESFET大信号SVR模型的验证

4.3本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

在校期间取得的成果