這篇文章的標題是《An ASM-HEMT for Large-Signal Modeling of GaN HEMTs in High-Temperature Applications》，由Nicholas C. Miller等人撰寫，發表于2023年9月29日。文章的主要內容是關于一種適用于高溫應用的GaN HEMTs（高電子遷移率晶體管）的大信號模型——ASM-HEMT。以下是對文章的詳細分析：
I. 引言 (Introduction)
- 目的和重要性：文章強調了在高溫電子設備設計中，對GaN HEMTs進行準確建模的重要性。這些設備在極端環境下的射頻功率放大器和低噪聲放大器集成電路中具有潛在應用。
- 背景：介紹了GaN HEMTs在高溫環境下的應用背景，如超音速飛行器和深油鉆探等。
- 文獻回顧：概述了現有文獻中關于GaN HEMTs在高溫下特性的研究，包括DC和大信號響應的測量，以及小信號模型的研究。
- 研究空白：指出了現有模型在高溫下的局限性，以及本研究旨在填補的空白。
II. 溫度可擴展的ASM-HEMT (Temperature-Scalable ASM-HEMT)
- 模型提取：描述了從140納米柵長GaN HEMT的測量數據中提取溫度依賴的ASM-HEMT模型的過程。
- DC模型：首先從室溫下的GaN HEMT測量中提取了ASM-HEMT的直流(DC)參數，并通過調整參數以適應室溫下的脈沖IV(PIV)測量來完成DC模型。
- RF模型：在驗證了核心DC ASM-HEMT之后，研究了射頻(RF)模型。首先在室溫下提取了外部寄生網絡，并調整了一些關鍵參數以與25°C下的S參數測量結果相匹配。
A. DC模型的修改
- 溫度依賴性分析：通過改變“tnom”參數來分析ASM-HEMT的溫度依賴性，并引入了兩個關鍵參數的線性函數來擬合測量數據：閾值電壓voff和漏極電壓下的亞閾值斜率變化cdscd。
B. RF模型的修改
- 外部寄生網絡：介紹了在室溫下提取的外部寄生網絡，并說明了如何將其與核心ASM-HEMT模型結合。
- 參數調整：對三個電容參數和外部柵極電阻寄生參數進行了修改，以準確擬合不同環境溫度下的S參數測量。
III. 模型預測 (Model Projections at 350°C)
- 高溫應用挑戰：討論了GaN HEMTs可能在超出當前測量系統能力的溫度下工作的情況，以及這對射頻工程師在設計集成電路時面臨的挑戰。
- 模型外推：文章提出了對ASM-HEMT進行外推，以提供在無法直接測量的溫度下的模型預測，特別是350°C。
A. 大信號預測
- 性能退化：通過模擬分析了GaN HEMT在不同環境溫度下的大信號性能，發現在350°C時性能嚴重下降。
- 負載牽引優化：使用溫度可擴展的ASM-HEMT進行負載牽引模擬，以優化350°C下晶體管的性能。
IV. 結論 (Conclusion)
- 模型貢獻：文章總結了所提出的ASM-HEMT模型的貢獻，強調了其在高溫環境下對GaN HEMTs建模和設計的潛在用途。
- 圖1：展示了測量和模擬的GaN HEMT圖像，包括建立的參考平面。
- 圖2：展示了具有溫度可控夾具的晶圓級矢量接收器負載牽引測量系統。
- 圖3-圖12：通過一系列圖表展示了在不同環境溫度下測量和模擬的DC、PIV、S參數、增益和功率附加效率(PAE)的比較。
- 圖13：展示了在不同環境溫度下測量和模擬的PAE等高線。
- 圖14-圖16：展示了在350°C下GaN HEMT的大信號性能模擬和負載牽引優化。
總結
文章詳細介紹了ASM-HEMT模型的開發和驗證過程，包括對DC和RF參數的溫度依賴性進行建模。通過實驗數據驗證了模型的準確性，并使用模型預測了GaN HEMT在高溫下的性能。這項工作對于高溫環境下的GaN HEMT設計具有重要意義，尤其是在沒有直接測量數據的情況下進行集成電路設計時。
