Optimized Machine Learning-Augmented Hybrid Empirical Models for AlGaN/GaN HEMTs: A Comprehensive Analysis

IEEE Access, 2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1109/access.2025.3594339
Деректер сенімділігі 85 жоғары
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Precise modeling of gallium nitride (GaN) high-electron mobility transistors (HEMTs) is vital for ensuring reliable and scalable RF circuit design, and efficient characterization of the device behavior. This article presents robust hybrid equivalent circuit (EC)–machine learning (ML) frameworks for significantly streamlining the extraction of small-signal model parameters of AlGaN/GaN HEMTs. The extrinsic and intrinsic parameters of the devices are initially extracted using physics-relevant empirical models in Keysight’s advanced design system. Thereafter, six extensively optimized ML regression models, namely decision tree (DT), ensemble learning (EL), support vector regression (SVR), kernel approximation regression (KAR), Gaussian process regression (GPR), and neural networks (NN) are employed to simulate the intrinsic behavior of GaN HEMTs. The models are trained on GaN HEMTs of geometries 4×100 μm, 10×220 μm, and 10×250 μm, while tested on GaN HEMTs of geometries 2×200 μm and 10×200 μm across diverse biasing and frequency conditions. The input features to models include gate–source voltage (VGS), drain–source voltage (VDS), frequency, number of fingers (NF), unity gate width (Wg), and effective gate width (Weff). Finally, a thorough quantitative assessment and detailed comparisons are performed in terms of standard regression tests, mean absolute percentage error, Nash–Sutcliffe efficiency, Kling–Gupta efficiency, training and prediction speed, reliability of model parameters, and simulation agreement with the measured S-parameters. The results demonstrate that among the tested ML models, EL exhibited the lowest mean relative S-parameter errors (2.78–3.75 %), followed by NNs (2.05–6.98 %), DT (2.29–7.35 %), GPR (2.86-8.91 %) SVR (7.83–9.88 %), and KAR (8.26–10.54 %) across diverse GaN HEMTs geometries. This hybrid modeling strategy provides a practical alternative to conventional parameter extraction, offering speed, accuracy, and broader applicability.