Fundamentale Herausforderungen und moegliche Loesungen fuer THz SiGeC Heterojunction-Bipolartransistoren

• Antragsteller: Dr. Bernd Heinemann; Professor Dr.-Ing. Michael Schröter
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242702231

Die zuletzt erreichten Grenzfrequenzen von Heterojunction-Bipolartransistoren (HBTs) haben ein steigendes Interesse in der Nutzung des Frequenzspektrums innerhalb der THz-Lücke (300GHz to 30THz) für eine große Zahl von Anwendungen nach sich gezogen. Es wurde außerdem kürzlich vorhergesagt, dass Silizium-Germanium-Kohlenstoff (SiGeC) HBTs maximale Oszillationsfrequenzen (fmax), d.h. eine Leistungsverstärkung, bis zu 2THz erreichen können. Diese Ergebnisse in Kombination mit niedrigeren Fertigungskosten und einem höheren Maß an Integration auf dem Chip, vor allem direkt mit CMOS, lassen SiGeC HBTs zumindest fuer kommerzielle Anwendungen vorteilhaft erscheinen. Allerdings sind bisher noch keine Lösungen aufgezeigt worden, mit denen auf der Basis heute existierender Technologien (fmax=500GHz) die physikalischen Grenzen erreicht werden können. Das Ziel des Projektes ist daher die Untersuchung grundsätzlicher Probleme, die auf dem Weg zur Realisierung der physikalischen Grenzen auftreten. Im Detail adressiert der hier vorgeschlagene Ansatz die folgenden Probleme: (i) Untersuchung vertikaler und lateraler Architekturalternativen der Transistoren hinsichtlich ihrer Eignung für ausgewogene Hochfrequenzeigenschaften unter Berücksichtigung der praktischen Implementierung (wie z.B. der Minimierung der Kollektorstromdichte bei der maximalen Grenzfrequenz). (ii) Kalibrierung der für die Simulation des Ladungstransports verwendeten physikalischen Modelle anhand fortgeschrittener in dem Projekt gefertigter vertikaler Strukturen. (iii) Identifikation möglicher Probleme für die Entwicklung zukünftiger SiGeC HBT Prozeßtechnologien. (iv) Evaluierung der Eignung der zur Zeit am weitesten entwickelten Formulierungen für kompakte SiGeC HBT-Modelle anhand gefertigter Strukturen. Die Auswirkungen der Prozessvarianten auf elektrische Eigenschaften werden sowohl für Transistoren als auch für ausgewählte Benchmark-Schaltungen untersucht. Die beiden Projektpartner (Lehrstuhl für ELektronische Bauelemente und Integrierte Schaltungen der TU Dresden und Innovations for High Performance (IHP) in Frankfurt/Oder) werden eng auf dem Gebiet der Teststrukturfertigung, elektrischen Charakterisierung und Bauelemente-Modellierung zusammenarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen