Улучшенное моделирование GaN HEMT на кремниевой подложке для проектирования радиочастотных усилителей мощности

Представлен усовершенствованный подход к моделированию устройств GaN на Si для применения в мощных радиочастотных (РЧ) системах. В дополнение к эффектам саморазогрева и захвата носителей, связанным с режимами работы высокой мощности, этот подход учитывает паразитный эффект нагрузки буферного слоя при работе в микроволновом радиочастотном диапазоне. Для определения оптимальных значений внешних элементов модели используется процедура на основе гибридной оптимизации генетическим методом и методом Симплекса. Эти элементы исключаются из измерений S-параметров при различных смещениях методом деэмбеддинга, что позволяет определить внутренние характеристики прибора; затем они используются для построения нелинейной токозарядовой модели, представленной нелинейными источниками заряда и тока, для тока затвора прибора. Для моделирования тока стока используются импульсные и статические вольт-амперные характеристики постоянного тока. Достоверность разработанного подхода к моделированию проверена путем сравнения результатов крупносигнального моделирования в однотональном и двухтональном режимах с экспериментальными данными для GaN HEMT на кремниевой подложке с шириной затвора 2 мм (10 × 200 мкм). Модель использована для проектирования усилителя мощности класса AB. Очень хорошее согласие между результатами моделирования и измерений усилителя подтверждает достоверность модели.