【摘 要】
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随着5G通信系统,下一代6G网络,卫星通信,商业和军事航空电子设备的发展,具有高击穿电压、低介电常数、高功率密度、最佳功率器件、更高的频率响应等优点的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMTs）被大量应用。为利用GaN HEMTs的优良特性,进行射频与微波的具体电路设计,本文建立了一种能够表征其物理特性的高精确模型。本论文重点关注基于人工神经网络（ANN）的GaN HEMTs的复杂物理机理简化建
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随着5G通信系统,下一代6G网络,卫星通信,商业和军事航空电子设备的发展,具有高击穿电压、低介电常数、高功率密度、最佳功率器件、更高的频率响应等优点的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMTs）被大量应用。为利用GaN HEMTs的优良特性,进行射频与微波的具体电路设计,本文建立了一种能够表征其物理特性的高精确模型。本论文重点关注基于人工神经网络（ANN）的GaN HEMTs的复杂物理机理简化建模技术,主要内容包括如下几个方面:首先,研究GaN HEMTs的自热效应与陷阱效应对器件的影响,具体分析影响GaN HEMTs建模复杂度和准确性的关键性因素。再采用自下向上的建模方法,根据GaN HEMTs小信号等效电路模型,采用直接提取法和粒子群优化算法,获得GaN HEMTs小信号等效电路模型的高精度元件参数值。其次,针对常用的经验公式模型在表征复杂物理机理的建模过程中建模的复杂度高、耗费时间长等问题,本论文基于ANN模型,并与改进的陷阱效应与自热效应经验方程相结合,对漏源电流(Ids)进行简化建模。为提高建模效率,本文首先建立不考虑陷阱效应和自热效应的基于ANN的Ids模型;其次提出一种能够表征GaN HEMTs表面陷阱效应和体陷阱效应的改进经验方程;随后提出改进的热因子KT,用于表征器件的自热效应,将经验方程与基于ANN的Ids模型相结合,最终建立了准确的GaN HEMTs简化模型。本章节后续通过对比不同偏置点下仿真模型与实测的电流电压特性曲线,结果表明,本文所建基于ANN的GaN HEMTs的Ids模型能够准确表征器件的物理特性。最后,将本论文所建的GaN HEMTs大信号模型嵌入到射频仿真软件ADS中。通过小信号S-参数测量、负载-牵引、源-牵引等技术,验证了本文所建的基于ANN的GaN HEMTs的复杂物理机理简化模型的有效性。
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