Design of GaN-based coplanar multi-octave band medium power MMIC amplifiers

Geniş bantlı yükselteçler askeri radar, elektronik harp, elektronik ürün ve sistemlerde olmak üzere birçok uygulamada kullanılmaktadır. Bu tez projesi 0.25 µm GaN tabanlı HEMT teknolojisini kullanarak, 6 ve 18 GHz frekans aralığında çalışan geniş bantlı MMIC yükselteci inşa edilmesini amaçlamıştır. GaN HEMT kullanılarak gerçekleştirilmiş tam monolitik mikrodalga entegre devreler yüksek akım yoğunluğu, yüksek ısıl iletkenliği ve yüksek elektron hızı gibi üstün özelliklerinden dolayı mikrodalga ve milimetre dalga yükselteçlerin tasarımında ve uygulamasında tercih edilmektedir. AlGaN/GaN HEMT? lerin yüksek enerji bant aralığı ve yüksek elektron hızı, yüksek güç uygulamaları için GaAs la karşılaştırıldığında daha ilgi çekici özelliklerdir. Bunun yanı sıra, aynı çıkış gücü için, GaN? ın yüksek güç kapasitesi, GaAs tabanlı aygıtlara oranla daha küçük boyutlarda aygıt yapımına olanak verir. GaN teknolojisinde aygıt empedansları GaAs teknolojisinde olduğundan daha yüksektir, bu geniş bant uyumlama devrelerini daha kolaylaştırır. İlk olarak, Bilkent NANOTAM tarafından büyütülen AlGaN / GaN epitaksiyel katmanlarının tasarım ve karakterizasyonu sürecinden bahsedilerek, GaN malzeme özellikleri gözden geçirilmiştir. Daha sonra yine Bilkent NANOTAM tarafından sürdürülen mikrofabrikasyon süreci adım adım açıklanmıştır. Onu HEMT karakterizasyonu fabrikasyonu takip etmiştir. Son adım olarak tasarım aşamasına geçmeden önce GaN tabanlı HEMT ler için küçük sinyal ve büyük sinyal modellemesinde dikkat edilecek noktalar sunulmuştur. Son bölümde ise, 3 adet 1 oktavdan fazla bant genişliğine sahip eşdüzlemli dalga kılavuzu (CPW) ile gerçekleştirilmiş MMIC yükselteçleri tartışılmıştır. Bant aralığını genişletmek ve daha az dalgalı bir kazanç elde etmek için, 2 farklı tasarım yaklaşımı izlenmiştir, sırasıyla birinci devre Chebyshev empedans uyumlama tekniği ile geri besleme olmaksızın (CMwoFB), diğerinde ise Chebyshev empedans uyumlama tekniği ve paralel geri beslemesinden (CMwFB) faydalanmıştır. Çıkış gücünü arttırmak için, iki paralel transistor Chebyshev empedans uyumlama tekniği ve paralel geri beslemesi (PT) ile kullanılmıştır. Bu iki paralel transistor içeren tasarım topolojisi bütün tasarım isterlerini sağlayabilmek için fabrikasyona bağlı değişiklikler ve önceden elde edinilen ölçüm sonuçları göz önünde bulundurularak düzenlenmiştir. Benzetim sonuçları ile ölçüm sonuçları birbirleriyle oldukça uyumludur, küçük sinyal kazancı 7.9 ± 0.9 dB ve satürasyondaki çıkış gücü ise 27 dBm dir.