Metodología para la extracción lineal y no-lineal de modelos circuitales para dispositivos MESFET y HEMT de media-alta potencia.

Abstract

En la presente tesis se muestra una nueva metodología de extracción "inteligente" de modelos circuitales lineales y no lineales para dispositivos MESFET y HEMT, además de efectuar numerosas aportaciones en el campo de las medidas radioeléctricas de dichos dispositivos mediante diseño del hardware y del software necesario para la automatización de las mismas. Por otro lado se presenta un novedoso modelo de Gran Señal para dispositivos HEMT de potencia que da cuenta del fenómeno de la compresión de la transconductancia y es fácilmente implementable en simuladores no lineales comerciales del tipo de MDS, LIBRA, HARMONICA, etc. Además se ha aumentado el rango de validez frecuencial de los modelos de pequeña señal mediante la obtención de las expresiones "exactas" de los modelos usuales de pequeña señal Vendelin-Dambrine, Vickes, Berroth & Bosch, etc. Otra novedad aportada por este trabajo de tesis ha sido aplicar estos modelos lineales a los transistores HEMT, evitando la obtención valores carentes de significado físico como ocurría hasta ahora. Como validación del modelo no lineal de HEMT se han llevado a cabo numerosas simulaciones del mismo en MDS que han sido comparadas con las medidas experimentales realizadas en nuestro laboratorio (Scattering, DC, Pulsadas y Pin/Pout) poniendo de manifiesto la exactitud del modelo. Para validar los modelos de pequeña señal se han efectuado simulaciones con el simulador lineal MMICAD utilizando transistores de diferentes tamaños procedentes de distintas foundries con objeto de visualizar el comportamiento del dispositivo independientemente del origen del mismo.

In this thesis a new methodology for the "intelligent" parameter extraction of linear and non-linear model for GaAs MESFET and HEMT devices is shown, besides numerous contributions in the field of Scattering and DC measurements of this kind of devices by means of hardware design and necessary software for the automation of the same have been done. On the other hand a novel Great Signal model for HEMT devices is presented. This model is capable to model the transconductance compression phenomenon and it is easily to built in commercial non-linear simulators like MDS, LIBRA, Microwave HARMONICA, etc. This work has also increased the frequency range for the usual small-signal models by means of calculate "exact" expressions of them. Another novelty contribution of this thesis is to apply for first time these linear models to HEMT transistors, avoiding the lacking of physical meaning values like it occurred up to now. To make possible the validation of non-linear HEMT model, simulations with MDS software and comparisons with experimental measurements made in our laboratory (Scattering, DC, Pulsed and Pin/ Pout) have been carried out and there was very good agreement between measured and simulated data. To validate small-signal models referred before, simulations with MMICAD software and comparisons between simulated and experimental scattering measurements using transistors of different sizes from several foundries and technological processes have been made.