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凹槽栅MOS-HEMTs大信号特性测量

  1. Load-Pull功率测量系统
  Load-Pull负载牵引,是一种与阻抗相关的、快速宽带的自动阻抗控制的测量技术。在很宽的范围内的源阻抗和负载阻抗加到被测器件上(DUT),通过改变输出端负载,找出DUT参数的各种变化以及最佳值。在功率设备中,可利用Load-Pull系统测量电路的最佳输出阻抗、饱和功率、效率和线性度等大信号参数。广义的Load-Pull还包括Source-Pull这一概念,即源端负载牵引,它可以通过改变源端的负载阻抗,实现测量最佳输入阻抗、最大增益点等功能。
 
  使用Load-Pull测试系统,结构图如图1所示,其中包括网络分析仪,信号产生器,信号分析仪,功率计,Tuner和控制软件等。首先通过测试系统校准,包括探针、网络分析仪、输出网络、功率计探头等系统校准过程。用Load-Pull寻找最佳匹配点,不可能一次就达到了最佳匹配,需要经过一系列的源端阻抗匹配和漏端阻抗匹配过程。首先,要先将源端阻抗固定在50欧姆,然后让负载端Tuner寻找最佳输出阻抗,然后再将负载端阻抗固定在这一点上,让源端的Tuner寻找最佳输入阻抗,如此重复几次后,才会得到较好的“最佳”匹配。
MauryLoad-Pull负载牵引测试系统结构图 
图1 MauryLoad-Pull负载牵引测试系统结构图。
 
  2. 凹槽栅MOS-HEMTs器件大信号特性分析
  测试时采用频率为4GHz,源漏距离为3.5um,器件栅长为0.5μm,栅宽为100um。图2给出了不同凹槽栅深度MOS-HEMTd器件的功率特性。测试时漏压为30V,栅压的偏置接近于阈值电压,使器件工作在AB类的状态。常规MOSHEMTs器件在4GHz下,漏压30V时的连续波功率密度和功率附加效率(PAE)分别为3.4W/mm和33.2%,凹槽栅深度为0.67nm的凹槽栅MOS-HEMTs器件的连续波功率密度和功率附加效率(PAE)分别为4.4W/mm和43.2%,凹槽栅深度为2.71nm的凹槽栅MOS-HEMTs器件的连续波功率密度和功率附加效率(PAE)分别为4.1W/mm和35.7%,而凹槽栅深度为3.25nm的凹槽栅MOS-HEMTs器件的连续波功率密度和功率附加效率(PAE)分别为4.2W/mm和36.1%。这说明凹槽栅结构的器件结构能够有效地提高MOS-HEMTs器件的功率特性。但随着凹槽栅深度的增加,器件的功率特性有微量的下降,这是由于栅介质与AlGaN势垒层处的界面态会造成栅延迟(电流崩塌),会影响到器件的功率特性。
常规MOS-HEMTs器件 
图2 (a)常规MOS-HEMTs器件;(b)凹槽栅深度0.62nm的MOS-HEMTs器件;
(c)凹槽栅深度2.71nm的MOS-HEMTs器件;(d)凹槽栅深度3.25nm的MOS-HEMTs器件的功率测试。
 

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