Lovande mikrovågskomponenter av kiselkarbid
Mikrovågskomponenter av kiselkarbid kan snart vara tillgängliga för enmassmarknad. I sin doktorsavhandling undersöker Joakim Eriksson egenskaper och prestanda för olika material för mikrovågstransistorer och dioder av kiselkarbid. Resultaten visar på mycket lovande prestanda.
Kiselkarbid är ett material med egenskaper som gör det speciellt intressant för elektronikkomponenter avsedda för höga effekter och höga frekvenser, det vill säga mikrovågsfrekvenser. Kiselkarbidskivor för tillverkning till halvledarkomponenter har funnits kommersiellt tillgängliga sedan 1991, och de första elektroniska komponenterna, högeffektdioder och lysdioder, finns redan kommersiellt tillgängliga på marknaden.
Schottkydioder för mikrovågor är intressanta för tillämpningar i högnivå-diodblandare och diodbegränsare. Diodernas möjlighet att samtidigt hantera stora spänningar och höga frekvenser är en fördel i dessa tillämpningar. Tillverkade Schottkydioder med fem mikrometer anodradie har en beräknad gränsfrekvens på 91 GHz, baserat på mätningar av kapacitans och serieresistans.
I avhandlingen visar Joakim Eriksson en metod att optimera gränsfrekvensen för en given punch-through spänning och anodradie. Vidare karaktäriseras och modelleras Schottkydioderna med mätningar respektive modeller. För att demonstrera nyttan med komponenterna har en demonstrator-krets, en enkel-balanserad diodblandare, byggts. Den uppvisar excellenta intermodulationsegenskaper och låg konverteringsförlust. Blandaren hade lägst konverteringsförlust vid en frekvens på 850 MHz.
En komponent som undersöks noggrant i avhandlingen är fälteffekttransistorn med metallgate, så kallad MESFET. Denna typ av transistorer brukar ofta tillverkas i Gallium-Arsenidteknologi och är ett av standardbyggblocken i moderna mikrovågskretsar.
MESFET -transistorer i kiselkarbid är främst avsedda för effektslutstegen i mikrovågsförstärkare. Transistorerna tänks ha tillämpningar där effekter större än 10 W krävs för frekvenser över 3 GHz och där lösningar i konventionell teknik idag har problem att klara önskad prestanda, antingen för uteffekt eller förstärkning vid höga frekvenser.
Gruppen på Chalmers där Joakim Eriksson forskar har tagit fram en
demonstratorblandare för transistorer med intermodulationsegenskaper i
världsklass. Med hjälp av simuleringar har forskargruppen successivt
förbättrat materialstrukturen och i dagarna har en total uteffekt på 1,
8 W uppmätts för en komponent med 1mm gate-periferi. Dessa resultat är
mycket bra sett från ett internationellt perspektiv.
Avhandlingen “Silicon Carbide Microwave Devices” försvarades vid en
offentlig disputation den 3 maj på Chalmers tekniska högskola i Göteborg.
Joakim Eriksson är uppvuxen i Örnsköldsvik.
Kontaktinformation
För mer information kontakta:
Joakim Eriksson, Institutionen för mikroelektronik, Avdelningen för
mikrovågselektronik, Chalmers,
tel: 031- 772 1890, e-post: joakime@ep.chalmers.se
