Flexibler Graphen-basierter Heteroübergangstransistor mit Arbeitsfrequenzen von mehreren hundert Gigahertz

• Antragsteller: Professor Dr. Johann-Wolfgang Bartha; Professor Dr.-Ing. Christian Wenger
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273132745

In diesem Projekt wird ein neues vertikales Transistorkonzept untersucht, das auf flexiblen Substraten hergestellt wird. Graphen wird dabei als eine extrem dünne Basiselektrode mit niedrigem spezifischem Widerstand verwendet. Der Graphen-Basis-Heteroübergangs-Transistor (GBHT) kann als NPN-Bipolartransistor angesehen werden, wobei die p-Typ-Basis durch eine Graphenschicht ersetzt wird. Dieses neuartige Konzept basiert auf einer vertikalen Anordnung von Emitter, Basis und Kollektor. Die Vorrichtung wird durch Stapeln eines n-Typ-Halbleiters (Emitter), einer Graphen-Monoschicht (Basis) und eines anderen n-Typ-Halbleiters (Kollektor) erhalten.Das Bandschema, das Funktionsprinzip und weitere Vorteile dieses neuartigen Transistorkonzeptes wurden bereits im Antrag des Vorgängerprojekts (DFG BA 2009 / 6-1 und WE3594 / 5-1) ausführlich erläutert. Bei der vorgeschlagenen Transistorkonfiguration auf flexiblen Substraten mit hydriertem amorphem n-Typ Silizium (a-Si: H) sollten Frequenzen bis zu einigen 100 GHz möglich sein, da die Grenzfrequenz hauptsächlich durch die Beweglichkeit von a-Si:H begrenzt wird. Soweit wir wissen, sind wir weltweit die einzige Gruppe, die an diesem vielversprechenden Bauelementkonzept arbeitet. Diese Arbeit wird möglicherweise den Weg für eine neue Klasse von elektronischen Bauelementen mit Graphen ebnen.Die Empfänger- und Sendeschaltkreise sind die grundlegenden Elemente der drahtlosen Kommunikation. Basierend auf Simulationsergebnissen kann ein Hochfrequenzoszillator als eine erste Anwendung im Folgeprojekt in Betracht gezogen werden. Unter Verwendung der variablen Kapazität der a-Si: H / Graphen-Dioden könnte ein Varaktorbauelement integriert werden, um einen spannungsgesteuerten Oszillator zu implementieren. Dieser Ansatz könnte den ersten Schaltungsblock auf flexiblen Substraten ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1796: High Frequency Flexible Bendable Electronics for Wireless Communication Systems (FFLexCom)
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Matthias Albert; Dr. Mindaugas Lukosius