Broadband GaN LNA MMIC development with the micro/nano process development by kink-effect in S22 consideration

Genişbantlı düşük gürültülü yükselteçler (LNA) iletişim, elektronik harp ve radar uygulamarı gibi çeşitli alanlarda anahtar devre elemanlarından biridir. Yüksek bant genişliği, yüksek hız, yüksek dayanıklılık ve yüksek güvenilirlik ihtiyaçları teknolojik sınırları zorlamaktadır. Performarmans kaybı olmaksızın talep edilen yüksek performanslı devre elemanlarına olan ihtiyaç yüksek teknoloji galyum nitrür (GaN) teknolojisyle geliştirilecek iyileştirilmiş performansa sahip, daha az yer kaplayan yekpare mikrodalga entegre devre (MMIC) olan talebi artırmaktadır. İlerlemeyi destekleyebilmek adına doğru GaN temelli yüksek elektron hareketlilikli transistör (HEMT) teknolojisinin ve uygun devre modellerinin geliştirilmesi kritik öneme sahiptir. Çalışmaları destekleyebilmek ve ilerlemeye katkı sağlayabilmek adına 0.25 μm kapı teknolojisine sahip mikroşerit (MS) GaN HEMT teknolojisi Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (NANOTAM) bünyesinde geliştirilmiştir. Geliştirilen MS GaN HEMT teknolojisi çıkıtları teknolojinin 10 GHz test koşullarında ≥4.4 W/mm çıkış gücüne (POUT), ≥%50 güç ekli verimliliğe (PAE), ≥15 dB kazanca ve ~1 dB gürültü faktörüne (NF) sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, genişbantlı uygulamaları destekleyebilmek adına transistör kapı yapısı çıkış yansıma katsayısında (S22) görülen kink-etkisi (KE) ile ilişkili olarak çalışılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmaların yanısıra, ölçüm snuçları ile yüksek doğruluğa sahip küçük-işaret (SS) ve gürültü eşdeğer devreleri geliştrilmiştir. Kaskod HEMT yapısı daha önce üretilmemesine rağmen geliştiren devre modellerinin yüksek doğruluğa sahip olması sayesinde kaskod HEMT yapısına sahip LNA geliştirme çalışmalarına katkı sağlamıştır. Ayrıca, geliştirilen devre modelleri ve KE etkisini en aza indirgeyen kapı yapısı kullanılarak mobil iletişim ve savunma & ticari amaçlı radar uygulamalarında kullanılabilecek QFN paketli GaN LNA MMIC yapısı geliştirilmiştir. Elde edilen çıktıların yanısıra, ulaşılan sonuçlar geliştirilen MS GaN HEMT teknolojinin 18 GHz'e kadar geliştirilebilecek uygulamalar için çeşitli çözümler sunabileceğini göstermektedir.