这篇文章的标题是《An ASM-HEMT for Large-Signal Modeling of GaN HEMTs in High-Temperature Applications》，由Nicholas C. Miller等人撰写，发表于2023年9月29日。文章的主要内容是关于一种适用于高温应用的GaN HEMTs（高电子迁移率晶体管）的大信号模型——ASM-HEMT。以下是对文章的详细分析：
I. 引言 (Introduction)
- 目的和重要性：文章强调了在高温电子设备设计中，对GaN HEMTs进行准确建模的重要性。这些设备在极端环境下的射频功率放大器和低噪声放大器集成电路中具有潜在应用。
- 背景：介绍了GaN HEMTs在高温环境下的应用背景，如超音速飞行器和深油钻探等。
- 文献回顾：概述了现有文献中关于GaN HEMTs在高温下特性的研究，包括DC和大信号响应的测量，以及小信号模型的研究。
- 研究空白：指出了现有模型在高温下的局限性，以及本研究旨在填补的空白。
II. 温度可扩展的ASM-HEMT (Temperature-Scalable ASM-HEMT)
- 模型提取：描述了从140纳米栅长GaN HEMT的测量数据中提取温度依赖的ASM-HEMT模型的过程。
- DC模型：首先从室温下的GaN HEMT测量中提取了ASM-HEMT的直流(DC)参数，并通过调整参数以适应室温下的脉冲IV(PIV)测量来完成DC模型。
- RF模型：在验证了核心DC ASM-HEMT之后，研究了射频(RF)模型。首先在室温下提取了外部寄生网络，并调整了一些关键参数以与25°C下的S参数测量结果相匹配。
A. DC模型的修改
- 温度依赖性分析：通过改变“tnom”参数来分析ASM-HEMT的温度依赖性，并引入了两个关键参数的线性函数来拟合测量数据：阈值电压voff和漏极电压下的亚阈值斜率变化cdscd。
B. RF模型的修改
- 外部寄生网络：介绍了在室温下提取的外部寄生网络，并说明了如何将其与核心ASM-HEMT模型结合。
- 参数调整：对三个电容参数和外部栅极电阻寄生参数进行了修改，以准确拟合不同环境温度下的S参数测量。
III. 模型预测 (Model Projections at 350°C)
- 高温应用挑战：讨论了GaN HEMTs可能在超出当前测量系统能力的温度下工作的情况，以及这对射频工程师在设计集成电路时面临的挑战。
- 模型外推：文章提出了对ASM-HEMT进行外推，以提供在无法直接测量的温度下的模型预测，特别是350°C。
A. 大信号预测
- 性能退化：通过模拟分析了GaN HEMT在不同环境温度下的大信号性能，发现在350°C时性能严重下降。
- 负载牵引优化：使用温度可扩展的ASM-HEMT进行负载牵引模拟，以优化350°C下晶体管的性能。
IV. 结论 (Conclusion)
- 模型贡献：文章总结了所提出的ASM-HEMT模型的贡献，强调了其在高温环境下对GaN HEMTs建模和设计的潜在用途。
- 图1：展示了测量和模拟的GaN HEMT图像，包括建立的参考平面。
- 图2：展示了具有温度可控夹具的晶圆级矢量接收器负载牵引测量系统。
- 图3-图12：通过一系列图表展示了在不同环境温度下测量和模拟的DC、PIV、S参数、增益和功率附加效率(PAE)的比较。
- 图13：展示了在不同环境温度下测量和模拟的PAE等高线。
- 图14-图16：展示了在350°C下GaN HEMT的大信号性能模拟和负载牵引优化。
总结
文章详细介绍了ASM-HEMT模型的开发和验证过程，包括对DC和RF参数的温度依赖性进行建模。通过实验数据验证了模型的准确性，并使用模型预测了GaN HEMT在高温下的性能。这项工作对于高温环境下的GaN HEMT设计具有重要意义，尤其是在没有直接测量数据的情况下进行集成电路设计时。
