Charakterisierung und Modellierung von Niederfrequenz-Dispersion in Gallium-Nitrid Transistoren im Schaltbetrieb

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ingmar Kallfass; Professor Dr.-Ing. Matthias Rudolph
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440549658

In der Leistungs- und in der Mikrowellenelektronik setzt man verstärkt GaN-basierte Transistoren ein, da dieses Materialsystem bei höheren Spannungen und Strömen arbeiten und kürzere Schaltzeiten realisieren kann als kommerzielle Transistoren in anderen Materialsystemen. Neu ist, dass GaN HEMTs für diese sehr verschiedenen Aufgaben über einen konzeptionell gleiche Aufbau verfügen, sodass sie im Schaltungsentwurf auch durch ein einheitliches Modell zu beschreiben sein sollten. Gleichzeitig nähern sich die Betriebsarten an, wenn die Schaltvorgänge in Schaltwandlern mit so hoher Genauigkeit wie sonst in analogen Schaltungen berechnet werden müssen, und auf der anderen Seite analoge Mikrowellen-Leistungsverstärker den Transistor verstärkt als Schalter einsetzen. Diese Entwicklung verlangt nach einem neuen, einheitlichen Ansatz in der Transistormodellierung. Eine besondere Schwierigkeit stellen dabei die für GaN HEMTs typischen Memory-Effekte dar, die die Effizienz von Schaltwandlern und Verstärkern deutlich verschlechtern.Auf der Basis solider Vorarbeiten im Bereich der Modellierung von Mikrowellen- und Leistungstransistoren für den Schaltungsentwurf sowie der physikalischen Simulation soll in diesem Vorhaben ein einheitliches GaN HEMT Modell für die Simulation geschalteter Verstärker entstehen, das insbesondere den Einfluss der Trapping-Effekte auf das Schaltverhalten physikalisch basiert erklären kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dan Ritter, Ph.D.