X bant uygulamaları için GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı

Galyum Nitrür (GaN) tabanlı Yüksek Elektron Hareketli Transistörlerin (HEMT'ler) ortaya çıkışı, özellikle yüksek arıza gerilimleri ve üstün güç işleme yetenekleri nedeniyle dikkatleri üzerine çekmiştir. Bu özellikler, GaN tabanlı Monolitik Mikrodalga Devresi (MMIC) teknolojisi üzerinde çok yüksek verimliliğe sahip yüksek güçlü yükselteçler (HPA) tasarlama şansı verir. GaN HEMT'lere duyulan ihtiyaç, onu yalnızca HPA'lar için değil, aynı zamanda anahtarlar ve düşük gürültülü yükselteçler (LNA) için de giderek daha çekici hale getirdi. GaN HEMT monolitik teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte, düşük gürültü yükselteç tercihleri de değişti. GaN tabanlı düşük gürültülü yükselteçler, sisteme gürültü vererek çok düşük güçlü bir sinyali, sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde düşürmeden yükselten, genel sistem gürültü katsayısını azaltacak şekilde, devreleri limitleyecek korumaya ihtiyaç duymadan ve hasar görmeden son derece yüksek giriş gücü seviyelerine dayanabilen alıcı aşamaları gerçekleştirmek için en iyi adaylardan biridir. Alıcı devrelerinde düşük gürültülü yükselteçler, antenden alınan sinyale düşük gürültü vererek sinyalin gürültülü kısmını düşürdüğünden iletişim sistemleri için önem arz eder. GaN HEMT'lerin doğal sağlamlığı nedeniyle, bu cihazlar kullanılarak tasarlanan LNA'lar, koruma devresi olmadan sürekli çalışabilir. Bu tezde, X bandında çalışan bir MMIC LNA, kaynak dejenerasyonu ile GaN HEMT kullanılarak tasarlanmıştır. Pasif devre elemanları, transistörler ve MMIC NANOTAM'da geliştirilen Silisyum Karbür (SiC) tabanlı 0,15 μm/0,2 μm AlGaN/GaN HEMT mikrofabrikasyon süreci ile üretilmiştir. Üretim iki aşamadan oluşmaktadır. Sırasıyla önyüz ve arkayüz adımlarını içermektedir. Üretilen transistörlerin doğrusal akım (DC), küçük işaret, büyük işaret ve gürültü katsayısı ölçümleri yapılmıştır. LNA tasarımı için uygun HEMT seçilmiş ve tasarım süreci, kaynak dejenere HEMT kullanılarak tek kademeli yapıda gerçeklenmiştir. Kaynak dejenere HEMT topolojisi hem kolay giriş eşlemesi hemde kararlılık sağlamıştır. GaN tabanlı LNA MMIC tasarımı yapılmış üretim sonrasında wafer üzerinde oda sıcaklığında ölçümleri alınmış ve en iyi sonuçları aktarılmıştır. LNA tasarımı 8-11 GHz arasında 7 dB üzerinde küçük işaret kazancı, 8,5 dB'den iyi giriş ve çıkış kayıpları, 1,1 dB'den iyi gürültü katsayısı, 17,19 dBm çıkış gücü ve %12,64 akaç verimliliği sağlamaktadır.