Direkte Bestimmung von dispersiven GaN-HEMT Großsignalmodellen aus nichtlinearen Messungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Rudolph
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413685300

Für die Simulation integrierter Mikrowellenschaltungen benötigt man genaue Modelle der verwendeten Transistoren, die i.d.R. aus Messungen Messungen bestimmt, werden. Dabei wird auf eine Vielzahl von Messungen zurückgegriffen, um z.B. die äußeren Elemente, das DC-Verhalten oder die Kapazitäten nach und nach zu bestimmen. Obwohl viele der Messbedingungen keineswegs dem späteren Betriebsfall ähneln muss davon ausgegangen werden, dass das Transistorverhalten konsistent ist, dass die den diesen Mess- und Extraktionsbedingungen zugrunde liegenden Annahmen stimmen und dass damit die Summe der Einzelteile zum Schluss den gesamten Transistor beschreibt. Das muss nicht immer der Fall sein. Das derzeit relevanteste Bauelement, bei dem diese Problematik nicht zu vernachlässigen ist, stellen GaN-HEMTs dar. Die immer noch vorhandenen Traps führen zu dispersivem Verhalten (oder Memory-Effekten), und der Transistor verhält sich signifikant unterschiedlich je nachdem ob Ausgangskennlinien, S-Parameter oder Load-Pull gemessen wird. Die Modellierung der Memory-Effekte dieser Transistoren ist Gegenstand der Forschung, und sie ist eng verknüpft mit der Frage nach der messtechnischen Charakterisierung. In diesem Vorhaben sollen daher Messungen der Zeitverläufe von Strom und Spannung im Großsignal-Betrieb für eine analytische direkte Bestimmung der Transistormodell-Parameter erschlossen werden. Konkret soll untersucht werden, wie diese Messungen so interpretiert und dargestellt werden können, dass sie eine direkte Parameter-Bestimmung erlauben, die ohne eine globale Optimierung auskommt.Der Vorteil dieses Vorgehens wäre zunächst, dass die Messbedingungen dem Großsignalbetrieb entsprechen, und dass die Charakterisierung weiterhin Einblick in die Transistorphysik gestattet. Das Vorhaben geht in drei Schritten vor: Zunächst soll ein einfacher Messplatz realisiert werden, der die Messung von Großsignal-Strömen und -Spannungen im unteren MHz-Bereich gestattet. Im Gegensatz zum vorhandenen GHz-Messsystem kann in diesem Frequenzbereich der Einfluss der Kapazitäten vernachlässigt werden. Aus diesen Messungen wird dann die Bestimmung der Parameter der Stromquelle untersucht, gefolgt von der Bestimmung der Kapazitäten. Als Ergebnis des Vorhabens sollen die theoretischen wie praktischen Randbedingungen der direkten Extraktion der Parameter kompakter Modelle aus LSNA-Messungen benannt sein. Anforderungen an Messtechnik und Transistorverhalten für die erfolgreiche Modellbestimmung, sowie Limitationen sollen theoretisch abgeleitet und praktisch verifiziert sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen