Mikrovågskomponenter i SiC och GaN - slutrapport

Rapporten sammanfattar i huvudsak resultat och slutsatser från projektet Mikrovågskomponenter i SiC och GaN för åren 2005-2008. Även erfarenheter från den verksamhet som bedrivits inom området på FOI under åren 1997-2005 beaktas. Verksamheten har bedrivits i samarbete med svenska universitet och högskolor med svensk industri samt i internationellt samarbete med Nederländerna. Rapporten presenterar översiktligt uppnådda resultat och effekter samt den internationella utvecklingen på området. SiC och GaN har på grund av ett antal materialegenskaper en fördel när det gäller effektkomponenter för höga frekvenser jämfört med konventionella halvledare. Dessa egenskaper ger framförallt möjlighet till högre effektdensitet, högre bandbredd för en given effekt, eller högre total uteffekt. När det gäller SiC-transistorer finns komponenter för effektförstärkare upp till 2.7 GHz kommersiellt tillgängliga. Den SiC MeSFET-transistor som utvecklats på Chalmers har en effektdensitet på 8W/mm vid 3 GHz med hög effektivitet, detta är vad vi vet den högsta effektdensitet som någonsin har rapporterats för en SiC MeSFET. Även GaN-transistorer för frekvenser upp till 6 GHz finns nu kommersiellt tillgängliga och GaN-transistorer för användning upp till 18 GHz med 100 W uteffekt är på prototypstadiet. De GaN-transistorer som tagits fram på Chalmers har uppnått en effektdensitet på 10 W/mm. En mätning på en stor GaN HEMT visade en uteffekt på 57 W med god effektivitet. Dessutom har mycket goda brusegenskaper uppmätts för dessa transistorer. För att nå goda resultat vid stor bandbredd och högre frekvenser krävs MMIC-kretsar. Chalmers som ett av få universitet i världen utvecklat MMIC-processer för både SiC och GaN. I denna MMIC process har bland annat en GaN-baserad effektförstärkare för X-bandet tagits fram i samarbete med TNO. Resultaten i detta projekt och den internationella utvecklingen på området talar för att SiC- och GaN-komponenter kommer att vara viktiga i många framtida försvarsrelaterade mikrovågssystem. På grund av dessa komponenters inverkan på prestandan hos militära mikrovågssystem och USA:s exportrestriktioner är tillgängligheten till dessa för Europeisk försvarsindustri osäker. I Europa startades 2005 programmet Korrigan för att trygga de europeiska tillverkarnas tillgång till GaN komponenter. Ett antal av deltagarna i Korrigan deltar eller har deltagit i projektet Mikrovågskomponenter och dess föregångare. Projektet har genom sin långsiktighet varit en viktig kraft bakom dagens starka svenska position såväl forskningsmässigt som industriellt inom området. Projektets långsiktigt kompetensuppbyggande inriktning har i kombination med mer industriellt orienterade satsningar från FMV och VINNOVA medverkat till en stark forskningsposition för forskargrupper vid bland andra FOI, Linköpings Universitet och Chalmers samt till att svenska försvarsmyndigheter och svensk försvarsindustri ligger väl framme i förståelse för och utnyttjande av den nya teknikens möjligheter.