Modeling and Characterization of Rf and Microwave Power Fets pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Aaen, Peter

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:2007-6

价格:$ 161.59

装帧:HRD

isbn号码:9780521870665

丛书系列:

图书标签:

• 射频功率器件
• 微波功率器件
• Power FET
• 器件建模
• 器件表征
• 射频电路
• 微波电路
• 半导体器件
• 高功率放大器
• 无线通信

射频与微波功率场效应晶体管的设计、制造与应用（暂定书名） 图书简介 本书旨在全面深入地探讨现代射频（RF）与微波功率场效应晶体管（FETs）的理论基础、设计方法、先进制造工艺、可靠性评估以及在各类高频系统中的实际应用。本领域的技术发展日新月异，尤其在5G/6G通信、卫星导航、雷达系统以及高功率密度电源管理等方面对晶体管的性能提出了前所未有的挑战。本书将聚焦于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等第三代半导体材料的功率器件，同时也会回顾硅基（Si-based）高频器件的最新进展与局限性，为工程师、研究人员及高级学生提供一个既具理论深度又富含实践指导的综合性参考资料。 第一部分：高频功率器件的基础理论与材料科学 本部分将奠定理解高性能射频功率FETs的必要理论基础。首先，系统介绍半导体异质结的概念、能带结构理论以及如何利用能带工程优化载流子传输特性。重点分析二维电子气（2DEG）的形成机制，这是实现高电子迁移率和高功率密度的核心物理基础。 材料科学是功率FETs性能的决定性因素。本书将详细比较硅（Si）、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）在禁带宽度、击穿电场强度、热导率和电子饱和迁移率等关键参数上的差异。深入探讨SiC MOSFET和GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）在高温、高电压和高功率密度工作条件下的材料优势与挑战。特别关注异质结构生长中的缺陷控制、应力管理和界面质量对器件性能稳定性的影响。 电学特性方面，深入解析漂移区（Drift Region）的载流子输运模型，包括空间电荷限制效应（SCLC）和陷波效应（Trapping Effects）。阐述如何通过精确的半导体掺杂轮廓和缓冲层设计来优化器件的开启电阻 ($R_{on}$)和关断特性。 第二部分：器件结构设计与工艺实现 本部分专注于功率FETs的横向和纵向结构设计原理及其先进制造技术。 横向结构设计： 详细讲解了不同类型的FET结构，包括MISHEMT (金属绝缘体半导体 HEMT)、p-GaN栅结构 HEMT (p-GaN Gate) 以及地栅结构（Buried Gate）。对于GaN器件，重点分析栅极结构对阈值电压稳定性、亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）和栅极漏电流的控制作用。讨论如何通过优化栅长、栅宽比例以及源漏间距来平衡器件的增益、速度和导通电阻。 纵向结构与热管理： 深入探讨器件的垂直结构，包括漂移层的厚度和掺杂梯度对击穿电压的决定性影响。在功率器件中，热管理至关重要。本章详细介绍了热阻的计算模型，包括芯片内部的热扩散路径分析，以及如何利用先进的封装技术（如：热沉材料选择、倒装焊（Flip-Chip）技术、晶圆级键合）来提高热耗散能力，确保器件在高功率密度下的长期可靠性。 先进工艺流程： 详细描述了从衬底准备到最终器件钝化的全过程。包括MOCVD/MBE外延生长技术、关键的欧姆接触和栅极金属化工艺（如：快速热退火RTA对接触电阻的影响）。重点阐述钝化层（Passivation Layer）的选择（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3, ext{SiN}_x$）及其对表面态密度、栅极漏电和鬼谷效应（Current Collapse）的抑制作用。 第三部分：射频性能建模与参数提取 准确的电学模型是射频电路仿真的基础。本部分将介绍从直流特性到高频小信号、大信号特性的完整建模流程。 小信号参数提取： 讲解S参数测量技术及其在不同频率范围内的准确性考量。介绍集总元件模型（Lumped Element Model）和分布元件模型（Distributed Element Model）的构建方法。通过分析跨导 ($g_m$)、输出阻抗 ($y_{os}$)、增益 ($G_{max}$) 和稳定性因子 ($K$)，指导读者如何通过测量数据拟合出器件的等效电路参数。 大信号与非线性建模： 功率放大器（PA）设计依赖于精确的非线性模型。本书将详细介绍Volterra级数法、功率阶数展开法以及物理模型（如：基于电荷的瞬态模型）在描述FETs的非线性失真（如IMD3、ACPR）中的应用。重点阐述动态$R_{on}$效应和陷波效应如何导致功率效率的下降，并提出基于瞬态分析的动态模型修正方法。 热-电耦合建模： 鉴于功率FETs对温度的敏感性，本章将集成热模型到电学模型中。介绍如何建立一个能够反映温度漂移对$V_{th}$、跨导和击穿电压影响的联合仿真环境，以预测器件在实际工作条件下的长期性能衰减。 第四部分：功率放大器设计与系统集成 本部分将理论应用于实践，聚焦于如何利用高性能FETs构建高效能的射频功率放大器。 匹配网络设计： 深入探讨源极/漏极的阻抗匹配技术。讲解史密斯圆图的应用，以及如何运用负载拉线法（Load-Pull Method）来确定最佳的最大功率附加效率 (PAE) 和最大输出功率 ($P_{out}$) 的工作点。针对高频应用，介绍使用分布式元件（如传输线、集总电感电容）进行匹配的重要性。 线性化技术： 随着频谱效率要求的提高，PA的线性化成为关键。详细阐述负反馈、预失真（Pre-Distortion, PD）和后失真技术在抑制带外辐射中的作用。重点分析如何针对GaN/SiC器件的特定非线性特征（如相对平坦的AM/AM失真曲线）选择最优的线性化策略。 系统级考量： 探讨功率FETs在不同系统架构中的应用，包括D类（Class-D）开关模式功率放大器（尤其在宽带应用中）和A/AB/B/C类线性功率放大器的选择标准。分析电源退耦、噪声隔离以及器件的旁路电容选择对系统EMI/EMC性能的影响。 可靠性与失效分析 本部分关注器件在长期运行中的可靠性问题。讨论热失效、电迁移、栅极氧化层击穿等主要失效机制。介绍如何通过加速寿命试验（ALT），结合Arrhenius或Eyring模型，预测器件的平均寿命。对先进封装的热循环和机械应力下的可靠性进行评估。 本书旨在为射频功率电子领域的专业人士提供一套完整的知识框架，从材料物理到器件工程，再到系统应用，确保读者能够掌握设计、优化和部署下一代高频高功率系统的核心技能。

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