● 摘要
随着雷达工作频率的提高，砷化镓场效应管 (GaAs MESFET）逐步取代了硅双极型晶体管成为目前有源相控阵雷达系统中应用最为广泛的微波功率源。GaAs MESFET性能受温度的影响较大，当温度变化时，其电学特性、物理参数相应地发生变化。例如跨导在高温环境下会发生畸变，这会对电路的工作性能产生不良影响。器件温度的变化，可能是由于环境温度的改变，也可能是由于器件的自升温效应。随着GaAs MESFET输出功率的不断提高，自升温效应将更加显著。因此，研究温度对GaAs MESFET关键性能参数的影响规律十分必要。论文针对GaAs MESFET关键性能参数的温度影响开展了如下研究：第一，通过分析GaAs MESFET的制作工艺、物理结构、工作原理，以及典型GaAs MESFET器件漏极、栅极、源极的材料属性和几何参数，建立了反映GaAs MESFET物理结构的等效电路模型。通过集成电路工艺和器件技术的计算机辅助设计技术（IC-TCAD）对建立的物理基模型进行了验证。第二，确定了等效电路模型中受温度影响显著的模型元件，并研究了模型元件受温度影响的物理机制。重点分析了GaAs本征载流子浓度、肖特基自建势、GaAs介电常数、GaAs禁带宽度、夹断电压、GaAs载流子迁移率、GaAs电子饱和速度等物理参数受温度影响的规律，建立了模型元件参数和温度值之间的定量关系。第三，依据建立的GaAs MESFET等效电路模型，在微波EDA软件中搭建了等效电路模型，进行了不同温度值下的直流参数扫描和S参数扫描，表征了GaAs MESFET关键性能参数随温度的变化关系。选取了两种型号的GaAs MESFET器件，应用论文研究的方法，在微波EDA软件建立了等效电路模型，模拟了其关键性能参数随温度的变化关系，并通过与文献中的测量数据进行对比，验证了模型的适用性。论文构建了基于物理特性的GaAs MESFET等效电路模型，不仅可用以描述固态微波功率器件性能参数与器件物理结构之间的关系，同时有助于器件设计人员进行结构设计和工艺参数优化；论文揭示了温度对微波功率器件关键性能参数的影响规律，这可以为GaAs MESFET的散热设计和保证器件的正常工作提供必要的参考。