Etablierung zuverlässiger On-Wafer-Charakterisierungstechniken für herunterskalierte Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Transistoren

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Flisgen; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493871066

Zukünftige Generationen von drahtlosen Systemen arbeiten im Frequenzbereich von 100 GHz bis 1 THz und werden eine Vielzahl von Anwendungen wie drahtlose Erkennung, Erfassung, Bildgebung, Kommunikation mit hoher Bandbreite und hochgenaue Positionsbestimmung ermöglichen. Deartige drahtlose Systeme werden angesichts des raschen Anstiegs der Transistorgeschwindigkeiten in den letzten Jahren realisierbar. Eine Vielzahl von Transistortechnologien zielt auf den oberen Millimeterwellen- (mm-Welle) und Sub-Terahertz- (Sub-THz) Frequenzbereich ab. Verbindungshalbleiterbauelemente auf Indiumbasis wie Indiumphosphid (InP) -Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMTs) und Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBTs) haben bisher die höchsten Transistorgeschwindigkeiten gezeigt.Beim Verschieben der Grenzfrequenzen von Transistoren spielt das Benchmarking eine Schlüsselrolle. Normalerweise werden die Kleinsignaleigenschaften verwendet, um die mm-Wellen- und Sub-THz-Eigenschaften der Transistoren zu vergleichen. Unter anderen Kennzahlen sind die beliebtesten Kennzahlen f_T und f_max. Dies sind die oberen Grenzfrequenzen bei denen die Kurzschlussstromverstärkung und die unilaterale Leistungsverstärkung eins werden. Obwohl diese Kennzahlen häufig verwendet werden, ist die Bestimmung dieser Größen mit großer Unsicherheit behaftet. Deswegen ist die Bestimmung von f_max aus der unilateralen Leistungsverstärkung mit Problemen verbunden. In der Regel wird die unilaterale Leistungsverstärkung aus On-Wafer S-Parameter-Messungen abgeleitet. Die Messungen werden dabei weit unterhalb f_max durchgeführt. Die Frequenz bei der die unilaterale Leistungsverstärkung eins wird (also f_max), wird aus der gemessenen Leistungsverstärkung auf höhere Frequenzen unter der Annahme eines einfachen Abfalls von -20 dB pro Dekade extrapoliert. Diese grundlegende Annahme der Frequenzabhängigkeit ist jedoch in den meisten Fällen für verkleinerte mm-Wellen- und Sub-THz-Transistoren nicht zu beobachten. Dies wird auf parasitäre Effekte zurückgeführt, die während der On-Wafer Transistormessungen auftreten.Ziel dieses Vorhaben ist es, die Unsicherheiten bei On-Wafer-Messungen von mm-Wellen- und Sub-THz-Transistoren zu charakterisieren, zu verstehen und zu minimieren. Von besonderem Interesse ist der Einfluss dieser Unsicherheiten auf die Bestimmung von Ersatzschaltbildern der Transistoren und auf Kennzahlen wie die unilaterale Leistungsverstärkung oder die Kurzschlussstromverstärkung. Es sollen Richtlinien zur genauen Charakterisierung von verkleinerten mm-Wellen- und THz-Transistoren entwickelt werden. Zur Überprüfung dieser Richtlinien werden Teststrukturen entworfen, hergestellt und charakterisiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Professor Tom Keinicke Johansen, Ph.D.