GaN-on-Si technology for modern wireless communication systems: Optimisation insight using RF characterisation

Onderzoeksoutput: PhD Thesis

123 Downloads (Pure)

Samenvatting

De stijgende complexiteit van onze moderne communicatiesystemen
heeft een optimalisatie te weeg gebracht voor elke specifieke functie op
zich, en dit voor elke technologie afzonderlijk. Het spreekt dan ook voor
zich dat deze communicatiesystemen uit ontzettend veel chips
bestaan. Hoewel de Si CMOS-technologie snelle transceivers op deze
chips mogelijk maakt, kan ze toch niet voldoen aan de hoge eisen van de
power amplifiers. Een alternatief dringt zich op. GaN is alvast
veelbelovend vanwege zijn mogelijkheid om op hoge frequentie en
vermogen te opereren. De co-integratie van verschillende
transistortechnologieën is cruciaal voor de toekomstige RF-systemen
kostenefficiënt te houden.
Dit doctoraatswerk focust op het optimaliseren van GaN-op-Si
HEMTs voor draadloze communicatiesystemen. Het begint met het
verbeteren van gate-metaal-lagen met behulp van het modelleren van de
gate-weerstand voor T-vormige gates om zo de afsnijfrequentie van de
transistor te verhogen. Bovendien bieden de niet-lineaire en grote
signaalkarakteriseringen in dit werk ons inzicht in de trade-offs van
lineariteit voor de verschillende geometrieën van deze T-vormige gates.
Een groot deel van dit werk gaat in op de afwegingen die gemaakt
moeten worden in verband met de verschillende verticale lagen in GaN-
on-Si HEMT's. Gegeven de bekende impact van het verkleinen van gate
lengtes om de hoogfrequente prestaties te verbeteren ten koste van de
toenemende short channel effects, onderzoekt dit proefschrift dunnere
topbarrièrematerialen. De bevindingen onderlijnen de noodzaak om de
lineariteit van de transistoren te verbeteren door de source access
weerstand en de gate lekkage te verminderen.
Het bestuderen van de gevolgen van deze dunnere kanaaldiktes met
een cGaN-achterbarrière doet zoeken naar de gulden middenweg tussen
het onderdrukken van short channel effects en het handhaven van
efficiënte vermogensprestaties. Een oplossing is het ontwerpen van een
gecombineerde achterbarrière om de output power in het dunne GaN-on-
Si HEMTs te verbeteren. Er zal wel rekening moeten worden gehouden
met de negatieve thermische gevolgen van deze dikkere achterbarrière
lagen.
Ten slotte zijn er richtlijnen voor GaN-op-Si-transistoren opgesteld
om te voldoen aan de nodige specificaties voor draadloze
communicatiesystemen. Het geleverde onderzoek geeft ons waardevolle
inzichten die de RF-technologie vooruit helpen, vooral dan voor de 5G-
en de daaropvolgende communicatiesystemen.
Originele taal-2English
Toekennende instantie
  • Vrije Universiteit Brussel
Begeleider(s)/adviseur
  • Wambacq, Piet, Promotor
  • Parvais, Bertrand, Promotor
Datum van toekenning6 nov 2023
Plaats van publicatieBrussels
Uitgever
Gedrukte ISBN's9789461175625
StatusPublished - 2023

Vingerafdruk

Duik in de onderzoeksthema's van 'GaN-on-Si technology for modern wireless communication systems: Optimisation insight using RF characterisation'. Samen vormen ze een unieke vingerafdruk.

Citeer dit