Temperature-dependent modeling of gallium arsenide MESFETs

Lardizabal, S.M.; Fernandez, Allen S.; Dunleavy, L.P.

doi:10.1109/22.486144

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“…The simulation of the DC and dynamic characteristics of MESFET and HEMT devices as a function of bias (whether they be static and/or dynamic), temperature and frequency has received much attention over recent years [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11]. Addressing these three areas with a nonlinear model which provides a good compromise between accuracy, model complexity, and ease of parameter extraction has proved to be troublesome.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

NONLINEAR MODELING OF TRAPPING AND THERMAL EFFECTS ON GaAs AND GaN MESFET/HEMT DEVICES

Chaibi¹,

Fernández

Mimouni³

et al. 2012

PIER

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Abstract-A novel nonlinear model for MESFET/HEMT devices is presented. The model can be applied to low power (GaAs) and high power (GaN) devices with equal success. The model provides accurate simulation of the static (DC) and dynamic (Pulsed) I-V characteristics of the device over a wide bias and ambient temperature range (from −70 • C to +70 • C) without the need of an additional electro-thermal sub-circuit. This is an important issue in high power GaN HEMT devices where self-heating and current collapse due to traps is a more serious problem. The parameter extraction strategy of the new model is simple to implement. The robustness of the model when performing harmonic balance simulation makes it suitable for RF and microwave designers. Experimental results presented demonstrate the accuracy of the model when simulating both the small-signal and largesignal behavior of the device over a wide range of frequency, bias and ambient temperature operating points. The model described has been implemented in the Advanced Design System (ADS) simulator to validate the proposed approach without convergence problems.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

NONLINEAR MODELING OF TRAPPING AND THERMAL EFFECTS ON GaAs AND GaN MESFET/HEMT DEVICES

Chaibi¹,

Fernández

Mimouni³

et al. 2012

PIER

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“…Es bien sabido que el parámetro de ganancia en pequeña señal de los amplificadores formados por FETs experimenta una notable variación en función de la temperatura. Por ejemplo en [22] se recoge que dicha variación, experimentalmente medida, puede aproximarse por 0.02dB por cada 1°C que varía la temperatura por etapa amplificadora que forma el MMIC de potencia.…”

Section: Compensación En Temperaturaunclassified

“…donde Vth = VihO para una temperatura nominal T = TQ y Vthtc es el coeficiente de temperatura del parámetro Vth-Mientras que la movilidad de los electrones (portadores en el caso del MMIC de potencia MAAM71100) decrece a medida que aumenta la temperatura, [22,59,67], la tensión umbral se hace más negativa cuanto mayor es la temperatura, [66]. Al aumentar la temperatura la corriente de drenador tiende a disminuir (precisamente éste es el punto clave que se emplea en la caracterización térmica desarrollada en el capítulo 9) por efecto de la disminución que experimenta el parámetro de la transconductancia, pero tiende a aumentar a causa de que la tensión umbral se hace a su vez más negativa.…”

Section: Comportamiento En Temperaturaunclassified

“…Al contrario de lo que se comentaba para la zona de operación del MMIC de potencia de baja potencia disipada, en la figura 4.5 se observa que las curvas correspondientes a temperaturas más elevadas presentan, para las mismas condiciones de polarización (VG y VJD), una corriente de drenador más pequeña [22,68,70]. En esta región de las curvas de continua del dispositivo de potencia, el efecto predominante con la temperatura es el del parámetro de transconductancia antes mencionado: cuanto mayor es la temperatura menor es la movilidad ¡J, de los portadores, y por tanto menor también el parámetro de transconductancia y, a través de (4.1), menor la corriente circulando por drenador.…”

Section: Variación De La Movilidad De Los Portadores Con La Temperaturaunclassified

“…• La ganancia en pequeña señal del amplificador disminuye a medida que aumenta la temperatura, tal y como por ejemplo se trata en [22]. Este efecto es consecuencia de la disminución de la transconductancia de los transistores, [70], a medida que aumenta la temperatura.…”

Section: Comportamiento En Radiofrecuencia En Función De La Variación...unclassified

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Caracterización eléctrica y térmica de amplificadores MMIC de potencia

Penalva¹

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El trabajo de tesis doctoral que se presenta aborda diferentes aspectos relativos a la caracterización eléctrica y térmica de amplificadores MMIC de potencia. Los resultados obtenidos a partir del estudio teórico y experimental llevado a cabo han contribuido a un mejor III entendimiento del comportamiento de los amplificadores MMIC de potencia empleados, así como a un mejor diseño de los prototipos de transmisor desarrollados.

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PAE improvement and compensation of small‐signal gain drift due to temperature on power amplifiers through active biasing

Torregrosa‐Penalva

López

Ortega-González

et al. 2003

Micro & Optical Tech Letters

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Power millimetre‐wave band transmitters are commonly formed by a chain of MESFET or HEMT GaAs MMIC power amplifiers. Under large‐signal conditions the reverse gate output current, which appears at the gate port of those devices due to drain‐gate breakdown mechanisms, causes a drop in the power amplifier's power added efficiency (PAE) figure, thus affecting the entire transmitter reliability. Additionally, it is desirable to obtain a stable performance from the transmitters for different ambient temperatures. In particular, millimetre‐wave wireless systems, such as the local multipoint distribution system (LMDS), require constant small signal gain for a wide range of temperatures. In this paper, an active bias network is used to compensate for both effects. The performance of the active bias network is shown to be superior, in terms of the power amplifier's PAE and the compensation of the power amplifier's small signal gain drifts due to temperature, to a conventional resistive divider when used for biasing the power amplifier. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Microwave Opt Technol Lett 38: 389–392, 2003; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/mop.11069

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Temperature-dependent modeling of gallium arsenide MESFETs

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