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一种表征AlGaN/GaN HEMT多谐波色散效应的新方法
A Novel Method to Characterize Dispersion Effects in Multiharmonic for AlGaN/GaN HEMTs
| 作者 | Tianxiang Shi · Wenyuan Zhang · Yue Lei · Yan Wang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | AlGaN/GaN HEMT 色散效应 陷阱效应 自热效应 模型 |
语言:
中文摘要
本研究提出了一种表征氮化铝镓(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)多谐波色散效应的新方法,该色散效应包括陷阱效应和自热效应。在该方法中,设计了双脉冲测试以解耦表面和体陷阱效应以及自热效应,从而将陷阱态的表征从非工作区域扩展到工作区域。此外,还提出了相应的模型。陷阱模型考虑了不同位置的陷阱以及充放电的不对称时间常数。采用热子电路对自热效应进行建模。提出了一套完整的多谐波色散效应表征和参数提取流程。所提出的模型被集成到用于HEMT的高级SPICE模型(ASM - HEMT)中,能够准确预测电流 - 电压(I - V)、射频小信号和大信号谐波特性,这有助于高效功率放大器的设计。
English Abstract
This research proposes a novel method to characterize the dispersion effects in multiharmonic for AlGaN/gallium nitride (GaN) high-electron-mobility transistors (HEMTs), including trap effect and self-heating effect. In this method, a double-pulse test is designed to decouple the surface and bulk trap effects and the self-heating effect, thus extending the characterization of trap states from non-operating region to operating region. Additionally, the corresponding model is proposed. The trap model considers the traps in different locations and the asymmetric time constants of charging and discharging. A thermal subcircuit is used to model the self-heating effect. A complete process of characterization and parameter extraction for dispersion effects in multiharmonic is proposed. The proposed model is integrated into an advanced SPICE model for HEMT (ASM-HEMT) and accurately predicts I–V, RF small-signal, and large-signal harmonic characteristics, which is helpful in the design of high-efficiency power amplifiers.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对AlGaN/GaN HEMT器件多谐波色散效应的表征方法具有重要的战略价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度的特性,正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术方向。
该研究通过双脉冲测试方法解耦表面陷阱、体陷阱和自热效应,这对提升我司产品性能至关重要。在光伏逆变器应用中,GaN器件的陷阱效应会导致动态导通电阻增加和开关特性退化,直接影响系统效率和可靠性。该表征方法能够准确预测器件在实际工作区域的I-V特性和射频大信号谐波特性,为我们优化逆变器拓扑设计、提高转换效率提供了精确的器件模型支撑。
从技术成熟度评估,该方法已集成到ASM-HEMT SPICE模型中,具备较好的工程应用基础。对于阳光电源而言,这项技术可应用于三个层面:一是指导GaN器件选型与定制化开发,特别是针对高频化、高功率密度逆变器的需求;二是优化电路设计中的热管理和EMI控制,因为模型准确捕捉了自热效应;三是提升高效功率放大器设计能力,这对储能系统的双向变流和电网友好型并网控制具有价值。
主要挑战在于该表征方法需要专业测试设备和建模能力,建议与器件供应商或研究机构合作开展联合开发。同时,GaN器件的长期可靠性验证仍需持续关注。这项技术为我司推进GaN在新能源装备中的深度应用提供了重要的理论工具和技术路径。