Lågbrusiga 183 GHz förstärkare för meteorologi & astronomi
- Diarienummer
- ID22-0053
- Projektledare
- Grahn, Jan
- Start- och slutdatum
- 230101-261231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Vi föreslår ett industridoktorandprojekt för att demonstrera en 183 GHz lågbrusig transistorförstärkare. Eftersom vattenånga är detekterbar vid 183.3 GHz kan den föreslagna teknologin tillämpas i radiometrar för detektion av atmosfärsförhållanden på jorden från satelliter vilket är av stort intresse för att studera meteorologiska fenomen eller långsiktiga klimatförändringar. 183 GHz är också grundläggande frekvens inom millimetervågsastronomi för att observera bildning av galaxer. Forskningsstrategin bygger på att designa och mäta en 50 nm gatelängd transistor med InGaAs som aktivt kanalmaterial, utveckla en små-signal och brus-komponentmodell, designa en lågbrusig 183 GHz förstärkare baserad på modellen, fabricering av millimetervågskretsen samt mäta brus och förstärkning för den paketerade förstärkaren vid 300 K och 4 K. Vetenskapligt avser projektet att identifiera fysikaliska begränsningar för brusreduktion i en fälteffekttransistor som arbetar över 100 GHz. Tekniskt avser projektet att utmana nuvarande detektorlösningar baserad på tvåterminalkomponenter genom att ersätta dessa med integrerade transistorförstärkare. Om projektet är framgångsrikt kommer det att ge ökad kunskap i brusgeneration i högfrekvenstransistorer samt hjälpa svensk industri i framtida kommersialisering av 100+ GHz halvledarkretsar designade och tillverkade i Sverige.
Populärvetenskaplig beskrivning
Vid frekvensen 183 GHz kan vatten detekteras av känsliga förstärkare. Den elektronik som möjliggör förstärkning är baserad på avancerade halvledarkomponenter. Idag används dioder i förstärkarna. I detta projektförslag för en industridoktorand avser Chalmers och Low Noise Factory AB att utveckla en transistor för att kunna användas för förstärkning vid 183 GHz. Detta skulle kunna göra detektorsystemet enklare att konstruera och tillåta uppskalning för så kallade arrayer med tusentals förstärkare. Eftersom 183 GHz är känsligt för vatten kan detektorerna baserade på den föreslagna tekniken användas för att övervaka atmosfären från rymden. Insamlade data möjliggjorda av förstärkarna har betydelse för att förstå långsiktiga förändringar av klimatet. Vidare kan de nya förstärkarna användas inom radioastronomi för att studera galaxer och stjärnbildning; Som exempel var den uppmärksammade bilden från Vintergatans svarta hål möjliggjord med teknik som vi avser utveckla i detta projekt. Vi kommer att utveckla komponenter och modeller för att designa och mäta en prototyp av en förstärkare för 183 GHz. Testning kommer även göras vid låga temperaturer där vi kan identifiera fysikaliska mekanismer som begränsar reduktion av brus i transistorn. Ett lyckat projekt kommer således både bidraga till ny kunskap om halvledarkomponenter samt ge oss ny innovation inom elektronikhårdvara till gagn för meteorologi och astronomi. En annan effekt av projektet är att det kommer hjälpa Sverige att utveckla kompetens inom området halvledare vilket rönt stor uppmärksamhet senaste tiden på grund av bristande leverantörskedjor, inte minst i Europa. Ett lyckat projekt hjälper Sverige att ha fortsatt utveckling och produktion, om än småskalig, av ytterst avancerade halvledarchips.