Entwicklung von GaN-basierten Bauelementen und deren Einsatz in Hochleistungsantennen

Diese Arbeit zeigt die Machbarkeit des Einsatzes der Galliumnitrid (GaN)-Technologie in rekonfigurierbaren HF-Systemen auf. GaN-basierte Varaktordioden und Schaltkreise werden als vielversprechende Kandidaten für Hochleistungs- und Hochfrequenzanwendungen untersucht. Der erste Teil widmet sich der Entwicklung aktiver GaN-Bauelemente. Aktive Komponenten wurden unter Verwendung des GaN-HEMT-Prozesses des kanadischen National Research Council (NRC) realisiert. Auf der Grundlage von drei Prozessen - nämlich GaN150v0 (Gate-Länge 0,15 µm), GaN500v1 und GaN500v2 (beide mit einer Gate-Länge von 0,5 µm) - wurden zahlreiche Varaktordioden unterschiedlicher Größe hergestellt und mittels Gleichstrom- sowie HF-Klein- und Großsignalmessungen charakterisiert. Anschließend wurden die Varaktordioden durch analytische Gleichungen modelliert, die empirische Koeffizienten enthalten. Diese Ausdrücke wurden erstmals für die Spannungsabhängigkeit der äquivalenten Kapazität (CEq) und des Serienwiderstands (REq) eingeführt und können als allgemeines Modell zur Darstellung des nichtlinearen Verhaltens von Varaktoren auf GaN-Basis verwendet werden. Im Kleinsignalbetrieb sind alle entwickelten Gleichungen, die REq und CEq beschreiben, ausschließlich von der Vorspannung und der Bauelementgeometrie abhängig.