關(guān)于GaN微波器件大信號模型及其應(yīng)用和發(fā)展分析

2018年的MOS-AK器件模型國際會議在清華大學(xué)順利舉辦，會議有多篇國內(nèi)外頂級建模團(tuán)隊的關(guān)于GaN微波器件大信號模型的報道。下面介紹一下來自電子科技大學(xué)徐躍杭教授的報告“A New Large signal compact model: Quasi-Physics Zone Division Model”。

高精度器件模型是電路優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，特別是微波功率器件的大信號模型，對微波功率器件的設(shè)計有著重要的意義。與傳統(tǒng)GaAs微波器件相比，GaN微波器件由于其特殊工藝、高壓工作、高輸出功率密度等特性，傳統(tǒng)的建模方法無法表征其陷阱、自熱、功率飽和、諧波和環(huán)境溫度等物理現(xiàn)象。徐躍杭教授團(tuán)隊自2004年開始基于國產(chǎn)GaN器件開展相關(guān)建模工作，首先針對傳統(tǒng)的Angelov 模型完善了自熱、環(huán)境溫度、諧波、縮放等相關(guān)模型，并在國內(nèi)氮化鎵功放芯片產(chǎn)品設(shè)計上達(dá)到了工程化應(yīng)用要求。

Angelov 模型是一種純經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，其特點是針對某種特定應(yīng)用可以達(dá)到很高的精度，而且具有很好的收斂性，但是由于經(jīng)驗擬合參數(shù)過多，導(dǎo)致模型參數(shù)提取過于復(fù)雜。對此，國際上自2010左右開展了基于物理解析方程的大信號模型研究，以提升模型的通用性。物理基模型主要可以分為表面勢模型（ASM-HEMT）、電荷基模型(MVSG)和分區(qū)模型(ZD)。2016年和2017年，電子科技大學(xué)基于ASM-HEMT順利實現(xiàn)了考慮自熱、陷阱、縮放等功能，驗證了ASM-HEMT在工程化應(yīng)用的可行性。2017年通過改進(jìn)閾值電壓模型，修正了MVSG模型，提升了模型的精度。

然而上述兩種模型為了達(dá)到大信號特性高精度，仍舊需要引入較多的擬合參數(shù)，加大了模型參數(shù)提取的難度和模型在大功率放大器設(shè)計中的收斂性。對此，提出了一種準(zhǔn)物理基的大信號模型，其中線性區(qū)采用分區(qū)模型實現(xiàn)， 飽和區(qū)采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，極大地縮小了經(jīng)驗擬合參數(shù)數(shù)量，使得模型參數(shù)提取和收斂性大大提升。

在多個工藝線上進(jìn)行了測試和驗證，結(jié)果表明該模型能夠很好模擬不同柵寬的GaN器件大信號特性，以及非線性特性，并進(jìn)行了多款高功率放大器設(shè)計。

總的來說，模型，工藝，設(shè)計是密不可分的，還是需要不斷互相反饋，才能讓模型和規(guī)模量產(chǎn)的不同應(yīng)用更加匹配。 如果大家碰到GaN相關(guān)的設(shè)計芯片問題,不妨和國內(nèi)在GaN建模方面有經(jīng)驗的團(tuán)隊聯(lián)系，因為潛在問題多種多樣，有可能測試，工藝，設(shè)計，模型中的任何一個環(huán)節(jié)出了問題，只有層層解剖才能真正了解問題出在哪里，少走彎路。

2019年6月, MOS-AK會議將在成都電子科技大學(xué)舉辦, 期待大家明年在成都再次相見, 共同回顧又一年工作的點點滴滴。