氮化镓功率HEMT的表征与建模

来源：Characterization and Modeling of a Gallium Nitride Power HEMT(IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS)

GaN high-electron-mobility transistor (HEMT)
GaN高电子迁移率晶体管

  该模型包括一个电压相关电流源I_ds、两个电压相关电容C_gd和_Cds、一个电压无关栅极-源极电容C_gs以及三个寄生电阻R_g、R_s和R_d。
  电压相关电流源I_ds用于模拟正向和反向导通的静态电流-电压（I–V）特性。三个寄生电容在决定器件开关性能方面起着至关重要的作用。请注意，为了简单起见，该模型中没有考虑动态电阻效应，即所谓的电流崩溃现象。

A.电压相关电流源I_ds

  依赖于电压的电流源I_ds是内部器件节点电压V_ds和V_gs的双向电流源函数。
  为了准确预测功率转换器在不同工作温度下的性能，在电路模型中使用了准确的温度相关器件跨导参数K_p。
  电压相关电流源I_ds决定了四种操作模式下的模型I–V特性：正向线性、正向饱和、反向线性和反向饱和模式。

V_th1是用于正向沟道导通的阈值电压，并且V_th2是用于反向沟道导电的阈值电压。
K_p1是正向传导模式下的温度相关器件跨导参数。K_p2是反向导通模式下的温度相关器件跨导参数。
λ₁是前向通道传导的通道长度调制参数。

B. 寄生电容C_gs、C_gd和C_ds

  由于栅极-源极电容相对于施加在电极上的电压电位相对独立，因此在这个器件模型中使用了恒定的栅极-源极电容C_gs。
  电容C_gd和C_ds是非线性电压相关寄生电容，由下式给出
$$C_{\mathrm{gd}}=\frac{C_{gd0}}{{\left(1+\frac{|V_{\mathrm{gd}}|}{\text{PB}1}\right)}^{m_1}}$$
$$C_{\text{ds }}=\frac{C_{\text{ds}0}}{{\left(1+\frac{|V_{\text{ds}}|}{\text{PB}2}\right)}^{m_2}}$$
  其中C_gd0是零偏置栅极到漏极电容，C_ds0是零偏压漏极到源极电容。PB1和PB2分别是栅极-漏极电容C_gd和漏极-源极电容C_ds的结内建电势。参数m₁和m₂分别是栅极-漏极电容C_gd和漏极-源极电容C_ds的结渐变系数。

C.寄生电阻R_g、R_s和R_d

  假设内部栅极电阻R_g为零，而外部栅极电阻通常用于抑制开关瞬态期间的瞬态振荡。电阻R_d和R_s被假定为常数，并且表示端子接触网的分布性质。

D.器件跨导参数K_p的温度依赖性

  为了准确估计器件导通损耗与温度的关系，器件模型应包括器件跨导参数K_p的温度依赖性，该参数将器件两端的电压降确定为电流的函数。提出了器件跨导参数K_p的温度依赖性的二次拟合
$$K_p=K_{p0}/\left(1+T_{c1}(T-T_0)+T_{c2}(T-T_0{)}^2\right)$$
  其中K_p0是室温下的标称器件跨导参数，T₀是标称室温，T_c1和T_c2是温度系数。