关于GaN微波器件大信号模型及其应用和发展分析

2018年的MOS-AK器件模型国际会议在清华大学顺利举办，会议有多篇国内外顶级建模团队的关于GaN微波器件大信号模型的报道。下面介绍一下来自电子科技大学徐跃杭教授的报告“A New Large signal compact model: Quasi-Physics Zone Division Model”。

高精度器件模型是电路优化设计的基础，特别是微波功率器件的大信号模型，对微波功率器件的设计有着重要的意义。与传统GaAs微波器件相比，GaN微波器件由于其特殊工艺、高压工作、高输出功率密度等特性，传统的建模方法无法表征其陷阱、自热、功率饱和、谐波和环境温度等物理现象。徐跃杭教授团队自2004年开始基于国产GaN器件开展相关建模工作，首先针对传统的Angelov 模型完善了自热、环境温度、谐波、缩放等相关模型，并在国内氮化镓功放芯片产品设计上达到了工程化应用要求。

Angelov 模型是一种纯经验模型，其特点是针对某种特定应用可以达到很高的精度，而且具有很好的收敛性，但是由于经验拟合参数过多，导致模型参数提取过于复杂。对此，国际上自2010左右开展了基于物理解析方程的大信号模型研究，以提升模型的通用性。物理基模型主要可以分为表面势模型（ASM-HEMT）、电荷基模型(MVSG)和分区模型(ZD)。2016年和2017年，电子科技大学基于ASM-HEMT顺利实现了考虑自热、陷阱、缩放等功能，验证了ASM-HEMT在工程化应用的可行性。2017年通过改进阈值电压模型，修正了MVSG模型，提升了模型的精度。

然而上述两种模型为了达到大信号特性高精度，仍旧需要引入较多的拟合参数，加大了模型参数提取的难度和模型在大功率放大器设计中的收敛性。对此，提出了一种准物理基的大信号模型，其中线性区采用分区模型实现， 饱和区采用经验模型，极大地缩小了经验拟合参数数量，使得模型参数提取和收敛性大大提升。

在多个工艺线上进行了测试和验证，结果表明该模型能够很好模拟不同栅宽的GaN器件大信号特性，以及非线性特性，并进行了多款高功率放大器设计。

总的来说，模型，工艺，设计是密不可分的，还是需要不断互相反馈，才能让模型和规模量产的不同应用更加匹配。 如果大家碰到GaN相关的设计芯片问题,不妨和国内在GaN建模方面有经验的团队联系，因为潜在问题多种多样，有可能测试，工艺，设计，模型中的任何一个环节出了问题，只有层层解剖才能真正了解问题出在哪里，少走弯路。

2019年6月, MOS-AK会议将在成都电子科技大学举办, 期待大家明年在成都再次相见, 共同回顾又一年工作的点点滴滴。