مدل سازی سیگنال بزرگ ترانزیستورهای gan hemts برای طراحی تقویت کننده های قدرت مایکروویو

در دهه اخیر، نیمه هادی ganبه دلیل گاف انرژی و رسانندگی گرمایی بزرگ تر نسبت به نیمه هادی gaas ، در کاربردهای توان بالا مورد توجه قرارگرفته است. به دلیل همین ویژگی ها، ganاین قابلیت را دارد که در دماها و ولتاژهای بالا نیز کار کند. علاوه بر این سرعت اشباع الکترون در ganنیز نسبت به gaasبیشتر بوده و به همین دلیل، این نیمه هادی برای کاربردهای فرکانس بالا نیز مناسب می باشد. در ترانزیستورهای hemt با فناوری gan که اولین نوع آن ها در سال1993ساخته شد، از پیوند دو نیمه هادی gan وalganکه دارای گاف انرژی متفاوت هستند، استفاده می شود. دلیل این کار تشکیل یک لایه آزاد الکترون در کانال ترانزیستور می باشد. برای طراحی یک تقویت کننده سیگنال بزرگ با استفاده از ترانزیستور gan hemt، نیاز به یک مدل سیگنال بزرگ مناسب برای این ترانزیستور که به خوبی رفتار آن را توجیه کند، می باشد. بر خلاف ویژگی های عالی تکنولوژی ترانزیستورهایalgan/gan hemts، یکی از مشکلات اصلی این ترانزیستورها، کاهش جریان درین به دلیل وجود ناخالصی ها در ناحیه اکتیو می باشد. این ناخالصی ها، می توانند مقدار کافی از الکترون ها را به دام انداخته و همچنین آزاد کنند که این امر باعث تغییر مشخصه (ولتاژ- جریان) ترانزیستور می شود و به دلیل کاربرد این ترانزیستورها در توان های بالا، توان مصرفی آن ها نیز بالا می باشد و همین موضوع باعث بالا رفتن دمای درونی این ترانزیستورها می شود. با افزایش دما، سرعت رانش و تحرک الکترون ها کاهش یافته و در نتیجه جریان درین و توان خروجی ترانزیستور، کاهش می یابد. در این پایان نامه، مدل سازی سیگنال بزرگ یک ترانزیستور gan hemt، با استفاده از مدل سازی تجربی انجام شده است. اولین قدم در مدل سازی سیگنال بزرگ، مدل سازی سیگنال کوچک می باشد. مدل سیگنال کوچک ترانزیستور را می توان به دو قسمت پارازیتی و غیر پارازیتی تقسیم کرد. برای محاسبه المان های غیر پارازیتی ترانزیستور باید ابتدا المان های پارازیتی را محاسبه کرد. در این پایان نامه،با استفاده از نتایج اندازه گیری و روابط ریاضی در فرکانس های پایین، المان های پارازیتی ترانزیستور محاسبه شده اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که روش به کار رفته در محاسبه المان های پارازیتی، دارای نتایج قابل قبولی است. این روش نسبت به روش های بهینه سازی، نیاز به وقت کمتری داشته و از پیچیدگی کمتری نیز برخوردار است. در قسمت مدل سازی سیگنال بزرگ ترانزیستور، با توجه به اطلاعات سیگنال کوچک ترانزیستور برای مدل سازی تغییرات بعضی از المان های غیر پارازیتی با ولتاژ، توابع تجربی مناسب تعریف شده است و همچنین تأثیرات ناخالصی های ناحیه اکتیو و افزایش دما نیز بررسی شده است. مسئله دیگر در مدل سازی سیگنال بزرگ ترانزیستورهای gan hemts مدل کردن شکست پیوند گیت- درین و بایاس مستقیم پیوند گیت – سورس به دلیل ولتاژهای بالا می باشد که این مسئله، در مدل سیگنال بزرگ پیشنهادی لحاظ شده است. در این پایان نامه، برای مدل سازی غیرخطی جریان درین- سورس با توجه به تغییرات هدایت انتقالی در ترانزیستورهایgan hemts و کارهای قبلی انجام گرفته در این زمینه، یک تابع تجربی مناسب تعریف شده است و در پایان نتایج مدل سازی غیرخطی جریان درین- سورس با نتایج اندازه گیری مقایسه شده و نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تابع تجربی تعریف شده می تواند به طور تقریبی رفتار غیرخطی جریان درین- سورس را توجیه کند.