Investigation of Traps Impact on PAE and Linearity of AlGaN/GaN HEMTs Relying on a Combined TCAD–Compact Model Approach

材料科学 线性 光电子学 电子工程 工程物理 工程类
作者
Petros Beleniotis,Christos Zervos,Sascha Krause,Serguei Chevtchenko,D. Ritter,Matthias Rudolph
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (6): 3582-3589 被引量:3
标识
DOI:10.1109/ted.2024.3388386
摘要

This article proposes a novel modeling approach for the analysis of the microwave power performance of GaN HEMTs. By combining Technology Computer-Aided Design (TCAD) physical and circuit design standard compact trap models, surface and buffer traps can be directly correlated, for the first time, with power-added efficiency (PAE) and output power ( $\textit{P}_\text{out}$ ). A new trap model topology is created with an RC subnetwork and nonlinear scaling functions, encouraged by TCAD analysis on trap localization. The effects of surface trapping were quantified using a TCAD-based extraction of the proposed trap model, observing a loss on $\textit{P}_\text{out}$ of 3 dBm and a maximum PAE ( $\text{PAE}_\text{MAX}$ ) loss of 12% due to surface traps. In addition, the correlation of 2-D electron gas (2DEG) at the drain access region with $\text{PAE}_\text{MAX}$ and the 1-dB compression point of $\textit{P}_\text{out}$ ( $\text{OP}_\text{1\,dB}$ ) is investigated and transformed into a correlation between the density of traps ( $\textit{N}_\text{T}$ ) and $\text{PAE}_\text{MAX}$ and $\text{OP}_\text{1\,dB}$ , creating a new direct method to connect TCAD with RF large-signal simulations.

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