Anwendung von Resonanz-Tunnel-Dioden oberhalb des Tunnellebensdauer-Limits und THz-Quellen auf der Basis der Dioden

• Antragsteller: Dr. Michael Feiginov
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 77350520

Wir haben in der Vergangenheit bereits theoretisch gezeigt, dass die Arbeitsfrequenzen von RTDs nicht durch die Tunnellebensdauer () oder Tunnelrelaxationszeitkonstante (rel) begrenzt sind. Insbesondere bleibt der differentielle Leitwert speziell entworfener RTDs auch oberhalb der den Zeitkonstanten entsprechenden Frequenzen negativ und kann für Oszillatoren eingesetzt werden. Diese theoretischen Vorhersagen haben wir schon vor wenigen Jahren experimentell bis zu 12 GHz bewiesen. In der ersten Phase dieses Projektes haben wir RTD-Oszillatoren mit ω bis zu 3.0 und ωrel bis zu 6.8 bei 109 GHz demonstriert und die bisher höchste erzeugte Frequenz liegt bei 150 GHz. Das Ziel der zweiten Phase ist die Demonstration von RTD-Oszillatoren im THz-Bereich, wobei das Regime ω>1 und ωrel >1 und deutlich darüber erreicht werden soll. Grundsätzlich ist es unser Ziel zu lernen, wie RTDs bei höchstmöglichen Frequenzen (besonders im THz-Bereich) als Oszillator betrieben werden können und wie sie zu entwerfen sind. Auf diese Weise erwarten wir höchste Frequenzen zu erreichen und den aktuellen Rekord von 831 GHz zu übertreffen. Auf Grund der in der ersten Phase gewonnenen Erkenntnisse sind wir davon überzeugt dieses Ziel zu erreichen. Einerseits dreht sich das Thema unseres Projektes rund um die Frage: Was sind die fundamentalen Grenzen von RTDs und von verwandten Strukturen, wie Multi-Barrier-Strukturen, Single-Elektron-Transistoren, Quantum-Kaskade-Lasern, usw. Andererseits hat das Thema des Projektes eine stark anwendungsorientierte Komponente: Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden RTD-Oszillatoren zur Schlüsseltechnologie für extrem kompakte, unkomplizierte und preiswerte THz-Quellen machen. Die Abmessungen solcher THz-Quellen können unter einem Quadratmillimeter liegen und damit 3 eine ganze Reihe von THz-Anwendungen von Grund auf verändern bzw. neue Möglichkeiten eröffnen, z.B. THz-Sensoren. Heutzutage gibt es keinerlei vergleichbaren THz-Quellen, so dass wir hier ein großes Potential in vielen Bereichen der Industrie und Forschung erwarten, wie z.B. Autoindustrie, Medizin, Bio-Technology, Qualitätskontrolle, Sicherheitskontrolle, Militär, Kommunikation, usw.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Peter Meißner