Sige HBT prosesinde yüksek performanslı X-bant PIN diyot tasarım ve benzetimi
Design and simulation of a high performance X-band PIN diode in sige HBT process
Yazar: ENES CESUR
Danışman: PROF. DR. ALİ TANGEL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
PIN diyotlar adından kolayca anlaşılacağı gibi bir diyot türüdür. En çok bilinen diyot türlerinden olan PN birleşimli diyottan temel farkı PIN diyotun P_tipi (P_type), Katkısız (Intrinsic) ve N_tipi (N_type) olmak üzere üç bölgeden oluşmasıdır. PIN diyotun adı bu üç bölgenin İngilizce adlarının baş harflerinden gelmektedir. PIN diyotlar RF ve mikrodalga uygulamalarında anahtarlama, faz kaydırma, modülatör, zayıflatma ve limitör devrelerinde yaygın olarak kullanılır. 

Bu tez çalışmasında öncelikli olarak PIN diyotlar hakkında genel bilgiler verilmiş, çalışma şekli, diyot fiziği, üretim aşamaları detaylı olarak incelenmiştir. Daha sonra anahtarlama devrelerinde kullanılacak olan PIN diyotlara odaklanılarak, anahtarlama performansı açısından hangi özelliklerde olması gerektiği verilmiştir. Bilim literatüründe bu özelliklerin hangi tasarım parametreleriyle elde edildiği etraflıca araştırılıp gösterilmiştir.  

Bu tez çalışmasında YİTAL 0,25um SiGe HBT prosesinde tümleşik olarak üretilecek olan yüksek performanslı, yüksek izolasyonlu PIN diyotun tasarım parametreleri detaylı olarak anlatılmıştır. Bu parametrelere göre proses simülasyonu ve elektriksel simülasyonlar yapılıp, SPICE parametreleri çıkartılmıştır. Ardından bu prosesin üretim adımları tek tek görselliğe sunulmuştur. 4x4um2 anot alanlı, düşük giriş kayıplı (<2 dB), yüksek izolasyonlu (>30 dB) X bant PIN diyotun standart SiGe proseslerinde MMIC (monolitik mikrodalga tümdevreleri) için müthiş bir potansiyele sahip olduğu açığa kavuşturulmuştur.

Abstract:
PIN diode is a type of diodes as can be understood easily from its name. The main difference from the basic PN diode is its junction structure, which has three regions as P_type-Intrinsic-N_type. The acronym PIN comes from capital letters of these three junction materials' names. They are widely used in RF and microwave applications for switching, phase shifting, modulating, attenuating, and limiting purposes.   

In this thesis study, general information about PIN diodes is presented at the beginning. In addition, principles of operation, diode physics and fabrication steps are addressed in detail. Next, PIN diodes to be used in switching circuits are focused on, and the design parameters from switching performance point of view are presented.  By which design parameters in the literature, these specifications are met is also investigated and presented. 

Moreover, design parameters of a high performance PIN diode having high level isolation property to be fabricated in YİTAL 0.25um SiGe HBT process are explanied in detail. The process simulation and circuit simulations are completed based on these parameters to be able to obtain SPICE model parameters of the PIN diode. All procesing steps are also presented visually. Finally, it is shown that the proposed X-Band PIN diode having anode area of 4x4um2, low insertion loss (<2dB), high isolation (>30 dB) has a great application potential in MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) in SiGe processes.