High-power and low-loss SPDT switch design using gate-optimized GaN on SiC hemts for s-band 5g T/R modules

Radyo frekansı (RF) anahtarları, modern ileti¸sim sistemlerinin temel elemanlarından biridir. Yüksek frekanslı sinyallerin farklı yollara yönlendirilmesini sağlarlar. Bu nedenle alıcı-verici (T/R) modüllerinde çok önemli bir rol oynarlar. Özellikle 5G teknolojisi, daha yüksek güç kapasitesine, daha düşük araya girme kaybına ve daha yüksek izolasyona sahip kompakt anahtarlar için bir talep yaratır. SiC tabanlı GaN yüksek elektron hareketlilikli transistör (HEMT) teknolojisi, olağanüstü elektriksel ve termal özellikleri ile öne çıkıyor. Ancak, anahtar performansı topoloji seçimi ve transistör kapasitesi ile sınırlıdır. Özellikle, HEMT'lerin T kapısı boyutları, anahtarın küçük sinyal ve büyük sinyal performansını doğrudan etkiler. Bu çalışma, SiC teknolojisi üzerinde AlGaN/GaN kullanan kapı geometrisi optimizasyonlu HEMT kullanan tek kutuplu çift atışlı (SPDT) monolitik mikrodalga entegre devre (MMIC) anahtarı tasarlamaya odaklanmaktadır. Kapının ayak uzunluğu 200 nm ile 250 nm arasında, kafa uzunluğu ise 500 nm ile 750 nm arasında RF performansını optimize etmek için T şeklinde kapı yapısında incelenmiştir. 500 nm kafa uzunluğuna ve 250 nm ayak uzunluğuna sahip transistörleri kullanan asimetrik bir SPDT anahtarı, transistör performansını göstermek için tasarlanmıştır. Anahtar, 3.2 – 3.8 GHz bant genişliği boyunca 0.85 dB'den daha iyi bir ekleme kaybı performansı gösterdi. Düşük gürültülü yol 25W güç seviyesine dayanabilirken yüksek güç yolu 1 dB bastırma seviyesinde 50W RF gücüne dayanabilir. İzolasyon performansı yaklaşık 25 dB'dir, anahtarın dönüş kaybı ise 12 dB'den iyidir. Anahtar, 2 x 2,2 mm2'lik bir yonga alanı kaplar.