HEMT器件高功率微波损伤机理研究

摘要

高功率微波作为强电磁脉冲的一种重要形式,具有高频率、短脉冲(几十纳秒)和高功率等特点,对电子元器件和电子系统可造成暂时性或永久性的损伤。高电子迁移率晶体管(HEMT)作为新一代微波毫米波器件,在集成电路应用中极易受到高功率微波辐射而引起损伤,甚至导致电路失效,所以有必要从理论上研究高功率微波对HEMT器件的损伤效应和损伤物理机制。
　　本文采用器件仿真软件ISE-TCAD建立了GaAs HEMT的二维仿真模型,研究了器件在HPM下的损伤效应。仿真结果表明,在栅极注入高功率微波耦合电压,器件的损伤部位在栅极靠近源极的器件表层。对于具有不同参数的电压信号,研究了器件烧毁时间与其耦合电压幅值和初始相位之间的关系。结果表明器件在信号正半周温度升高速度更快,更容易发生毁伤。通过有限元分析软件ANSYS研究了器件在稳态温度分布下的热应力分布情况,结果表明热应力会引起沟道层变形。HEMT器件应用在低噪声放大器中,受到高功率微波干扰时,电路的增益下降、噪声系数变大,电路性能下降。
　　本文的研究为HEMT器件在HPM作用下的损伤效应及防护提供了理论基础,也为进一步的研究工作提供了参考。

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第一章 绪论

1.1 论文的背景及研究意义

1.2 国内外研究状况

1.3 论文的研究方法和主要内容

第二章 半导体器件 HPM 损伤阈值及损伤机理分析

2.1 半导体毁伤阈值

2.2 半导体器件 HPM 损伤效应的物理机理

2.3 器件热效应分析

2.4 热效应过程基本理论分析

2.5 本章总结

第三章 HEMT 器件理论及其建模

3.1 器件仿真软件 ISE-TCAD

3.2 砷化镓材料特性

3.3 HEMT 结构及其工作原理

3.4 ISE-TCAD 中 HEMT 的模型参数选取

3.5 AlGaAs/GaAs HEMT 结构描述及在 ISE-TCAD 中的建模

3.6 本章总结

第四章 HEMT 器件在 HPM 作用下的瞬态响应

4.1 HEMT 损伤机理

4.2 HEMT 器件静态电流电压特性

4.3 GaAs HEMT 器件毁伤仿真原理图

4.4 ISE-TCAD 仿真结果及分析

4.5 器件热应力分析

4.6 本章总结

第五章 高功率微波对有源电路的干扰效应研究

5.1 低噪声放大器电路设计

5.2 高功率微波干扰效应研究

5.3 本章总结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献