Transistor de potencia de nitruro de galio(GaN), para la gama de frecuencias en la banda Ku (de 12GHz a 18GHz)

Los avances en los amplificadores de microondas en la banda Ku se centran en sustituir los tubos electrónicos que habitualmente se utilizan en este ancho de banda, por semiconductores, especialmente dispositivos de GaN, que ofrecen convenientes características de alta potencia a frecuencias de microondas más altas.

El nuevo FET de potencia tiene una estructura de transistor de alta movilidad de electrones (HEMT, por sus siglas en inglés) que Toshiba ha optimizado para la banda Ku. La empresa sustituyó la unión con hilos alimentadores por la tecnología de agujeros pasantes(1), a efectos de reducir la inductancia parásita, y también mejoró el diseño general del circuito correspondiente para la aplicación práctica en las frecuencias de la banda Ku.

La demanda dirigida a FET de potencia de GaN para comunicaciones por microondas de satélites y radares está en permanente crecimiento, tanto en relación con equipos nuevos como para remplazar los tubos electrónicos. Toshiba satisfará esa demanda con la pronta comercialización de sus nuevos FET de potencia para la banda Ku.

En el Congreso Europeo sobre Microondas 2007, que se realizará en Munich, Alemania, del 8 al 12 de octubre, se presentará la información completa acerca del nuevo FET de potencia de GaN.

Antecedentes y objetivos de desarrollo

El permanente incremento en los flujos de comunicación en las comunicaciones por microondas de satélites, así como el desarrollo de sistemas de radares más potentes, está impulsando la demanda dirigida hacia una mayor potencia de salida en los dispositivos de amplificación de señales. La demanda es especialmente sólida en relación con los dispositivos de GaN, que ofrecen ventajas en comparación con los dispositivos convencionales de arseniuro de galio en lo que respecta a la disipación del calor y a las características de desempeño de alta potencia a frecuencias altas.

Toshiba se ha convertido en pionera en la aplicación de la tecnología de GaN a los FET de potencia para las aplicaciones en frecuencias de microondas. La empresa orientó su trabajo inicial hacia el desarrollo y venta de FET de potencia para las bandas de 6GHz (2005) y de 9,5GHz (2006), y diseñó dispositivos que alcanzaron la potencia de salida más alta del mundo a esas frecuencias. Ahora la empresa amplía su oferta a la banda de 14,5GHz. Toshiba continuará con el diseño de dispositivos para las bandas de frecuencia de 18GHz a 30GHz (banda Ka) y superiores.

Síntesis del desarrollo

1. Tecnología de los dispositivos

Toshiba logró obtener un desempeño excepcional en el nuevo FET, mediante la optimización de la composición y el grosor de las capas de AlGaN y GaN formadas sobre el sustrato de carburo de sílice (SiC) que tiene un alto desempeño como conductor de calor, de la estructura HEMT. A efectos de garantizar un alto desempeño en las frecuencias de la banda Ku, Toshiba ha implementado una longitud de puerta menor de 0,3 micrómetros, y ha optimizado la forma de cada uno de los electrodos y de las configuraciones de los elementos, para potenciar la disipación del calor.

2. Tecnología de los procesos

A efectos de reducir la inductancia parásita y mejorar el desempeño a altas frecuencias, Toshiba diseñó una tecnología para formar agujeros pasantes, que pasan desde el electrodo alimentador de superficie, a través del chip y hacia el suelo. Haber logrado formar los agujeros pasantes en un sustrato de SiC, lo cual está reconocido como un proceso extremadamente exigente, constituye una innovación en el diseño del nuevo FET.

Dado que las longitudes de puerta son más cortas, es fundamental eliminar la pérdida de corriente que se produce en el electrodo de puerta, a efectos de lograr un alto nivel de desempeño. Un proceso exclusivo de revestimiento aplicado alrededor de cada uno de los electrodos de puerta permite disminuir la pérdida en la puerta a una trigésima parte de la que se produce con los métodos convencionales de Toshiba. La tecnología de exposición a haces de electrones se aplica a fin de garantizar un procesamiento estable en las longitudes de puerta inferiores a 0,3 micrómetros.

Características principales

Ganancia lineal 8,2dB

Potencia de saturación 65,4W

Tensión de sumidero 30V

Frecuencia de funcionamiento 14,5GHz

Tamaño del chip 3,4mm x 0,53mm

Tamaño del paquete 21,0mm x 12,9mm (dimensiones externas)

Fuente:

http://www.electronicafacil.net/archivo-noticias/electronica/Article7231.php

Gerald Soto, CRF 2010-1.

http://gerald-ees.blogspot.com/