Source-via-based layout optimization of Gan-on-SİC high-electron-mobility transistors for rf power applications
Rf güç uygulamaları için Gan-on-SİC yüksek elektron hareketlilikli transistörlerin kaynak-via tabanlı yerleşim optimizasyonu
- Tez No: 1018029
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
GaN-on-SiC HEMT yapıları kompakt, yüksek güçlü ve yüksek verimli RF güç yükselteçleri için temel yarıiletken aygıtlardır. Bununla birlikte, mikrodalga frekanslarında elde edilebilir aygıt ve MMIC performansı, özellikle arka yüzey kaynak bağlantı deliklerinden kaynaklanan kaynak-toprak endüktansı başta olmak üzere, dışsal yerleşim parazitiklerinden önemli ölçüde etkilenmektedir. Bu tezde, GaN HEMT'lerde RF performansını, çip alanı kullanımını ve ısıl davranışı iyileştirmek amacıyla kaynak bağlantı delik pozisyonları bir yerleşim seviyesi optimizasyon yöntemi olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, bireysel-kaynak-via, dış-kaynak-via ve yan-kaynak-via yerleşimleri olmak üzere farklı kaynak bağlantı deliği konfigürasyonları tasarlanmış, üretilmiş, simüle edilmiş ve deneysel olarak karakterize edilmiştir. Bu yaklaşımlar arasında yan-kaynak-via yerleşiminin azaltılmış kaynak endüktansı ile kompakt çip alanı arasında uygulanabilir bir denge sunduğu gösterilmiştir. Söz konusu yerleşim, üç katlı X-bant GaN MMIC yüksek güçlü yükselteç tasarımında başarıyla uygulanmıştır. Üretilen yükselteç, 8--12.5 GHz frekans bandı boyunca 45 W'ın üzerinde çıkış gücü, 30 dB'nin üzerinde küçük sinyal kazancı ve yaklaşık \%40 güç-eklenmiş verimlilik sağlamıştır. Kaynak endüktansını daha da azaltırken kompakt aygıt boyutlarını korumak amacıyla çift-taraflı-kaynak-via HEMT yerleşimi de önerilmiştir. Küçük sinyal, büyük sinyal, elektromanyetik ve ısıl karakterizasyon sonuçları, bu yerleşimin bireysel-kaynak-via aygıtlarına yakın RF performansı sağlayabildiğini; aynı zamanda yerleşim verimliliğini artırdığını ve kanal sıcaklığını azalttığını doğrulamıştır. Elde edilen sonuçlar, kaynak bağlantı deliği mühendisliğinin GaN RF güç teknolojilerinde RF kazancını, MMIC kompaktlığını ve ısıl güvenilirliği eşzamanlı olarak iyileştirmek için etkili bir tasarım yaklaşımı olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
GaN-on-SiC HEMTs are key devices for compact, high-power, and high-efficiency RF power amplifiers. At microwave frequencies, however, the achievable device- and MMIC-level performance is strongly influenced by extrinsic layout parasitics, especially the source-to-ground inductance associated with backside source vias. This thesis investigates source-via placement as a layout-level optimization strategy to improve RF performance, chip-area utilization, and thermal behavior in GaN HEMTs. Several source-via configurations, including individual-source-via, outer-source-via, and side-source-via layouts, were designed, fabricated, simulated, and experimentally characterized. Among these approaches, the side-source-via layout provided a practical balance between reduced source inductance and compact chip area. This layout was successfully implemented in a three-stage X-band GaN MMIC high-power amplifier. The fabricated amplifier achieved more than 45 W output power, over 30 dB small-signal gain, and approximately 40\% power-added efficiency across the 8--12.5 GHz frequency band. A double-sided-source-via HEMT layout was also proposed to further reduce source inductance while maintaining compact device dimensions. Small-signal, large-signal, electromagnetic, and thermal characterization results confirmed that this layout can achieve RF performance comparable to that of individual-source-via devices while improving layout efficiency and reducing channel temperature. These results show that source-via engineering is an effective design approach for simultaneously enhancing RF gain, MMIC compactness, and thermal reliability in GaN power technologies.
Benzer Tezler
- Mezo-mı̇kro ölçek model kuplesı̇ wrf-les ı̇le yüksek çözünürlüklü rüzgar alanının belı̇rlenmesı̇
High-resolution wind field determination with wrf-les through meso-micro scale model coupling
ERKAN YILMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞÜKRAN SİBEL MENTEŞ
PROF. DR. GÖKHAN KİRKİL
- Kule tipi güneş santrallerinin heliostat saha optimizasyonu
The heliostat field optimization of solar tower power plants
TOLGA AKIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Estimation theoretic analyses of location secrecy and ris-aided localization under hardware impairments
Konum gizliliğinin ve donanımsal hatalar altında YYAY destekli konumlandırmanın kestirim kuramsal analizleri
CÜNEYD ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- Polisilisyum tabaka üzerine fotolitografi yöntemi 0,3 mikron şekillendirme prosesinin optimizasyonu
Optimization of 0,3 µm photolithography process parameters over polysilicon layer
ZELİHA ÖZDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Application of the solar photovoltaic system in merchant ships and analysis of designed system
Ticari bir yük gemisinde güneş pili uygulaması ve tasarlanan sistemin analizi
ÇAĞLAR KARATUĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YALÇIN DURMUŞOĞLU