射频功放单元电热耦合分布式模型建立与应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

hbt，异质结双极型晶体管（heterojunction bipolar transistor），它是由发射区、基区和集电区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管，其与传统的双极晶体管不同，hbt的发射极材料不同于衬底材料，而后者的整个材料是一样的，因而称为异质结器件。hbt的发射极效率主要由禁带宽度差决定，几乎不受掺杂比的限制，这就大大增加了晶体管设计的灵活性。异质结双极型晶体管是纵向结构的三端器件，发射区采用轻掺杂的宽带隙半导体材料（如gaas、inp），基区采用重掺杂的窄带隙材料（如algaas、ingaas）。

最近几年，除gaas基的hbt已达到了相当快的速度，如f_t=170ghz以外，inp基的hbt发展也很快，其最好的器件f_t即f_max已超过200ghz，sige hbt则是近年来人们十分重视的器件，主要原因是硅的vlsi发展已很成熟，sigehbt可以借用vlsi的工艺较快应用到微电子领域。总之，随着材料生长技术和hbt理论快速发展，hbt性能不断提高，并被广泛应用在功率放大、微波与毫米波和光纤通讯等电路系统中。

然而任何事物并不都是十全十美的。由于其优异的高频电输出特性、较宽的线性和高输出功率而被广泛的应用于射频功率放大器的设计、雷达的设计和通讯等领域，而且随着科技的发展，hbt的作用将会越来越大。然而由于器件和电路的自身消耗功率，从而引起晶体管产生严重的热效应，进而使功放性能退化，特别是随着半导体器件的不断缩小，电流密度又因人工原因而增加以及介质在器件隔离技术当中的不断应用，热阻和耗散功率都在不断增加，导致热效应对晶体管等器件的影响更为显著。在无法降低热效应影响的前提下，器件工作特性，如电流增益、功率增益、特征频率等会受到波及，容易引起器件和电路特性飘移，甚至会烧毁元器件，造成不可挽回的结果。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

为提高输出功率，实际应用中射频功放通常需采用并联多管的功率单元提供功率输出，为节约成本，缩小版图面积，在不违背设计规则前提下晶体管应尽量靠近，从而器件产生严重的自热与互热效应，致使位于中间的器件温度飙升，影响功放整体输出性能与可靠性。本课题拟通过对热阻与热导通角的影响因素出发，建立准确的功率单元的电热耦合模型，并与仿真结果对比验证模型的正确性。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

方法步骤：

1. 研究热传递规律

2.对自热与互热导通角进行分析

4. 参考文献

[1]周守利，崇英哲，黄永清等. 考虑自热效应的重掺杂algaas/gaashbt电流特性分析[j]. 电子器件，2004：559-563.

[2] 张彦斌. 功率放大器散热优化设计[c]. 中国电子学会电子机械会议论文集. 云南，2007, 10：324-330.

[3] 王磊，文耀普. 一种微波功率放大器的热设计与验证方法[j]. 航天器工程，2011,02：52-56.

5. 计划与进度安排

（1）2022.1.19-2022.3.10 查阅资料，完成外文资料的翻译;

（2）2022.3.11-2022.3.15 修改外文翻译并提交

（3）2022.3.16-2022.3.23 阅读相关文献，完成开题报告