Verbesserung der Linearität von InP DHBTs für Sub-THz-Breitband-Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Rudolph; Professor Dr. Nils Weimann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540123186

Der Sub-mm-Wellen- und THz-Frequenzbereich gewinnt an Interesse für ein breites Spektrum von Anwendungen von der drahtlosen Kommunikation, der Materialanalyse, der zerstörungsfreien Prüfung, der Biologie und der Landwirtschaft bis zu oberflächennahen medizinischen bildgebenden Verfahren. Für die drahtlose Kommunikation steht ein breiter Frequenzbereich in den atmosphärischen Fenstern um 140 GHz und 300 GHz zur Verfügung, die durch Normungsgremien für die kommerzielle Nutzung zugänglich gemacht werden. Es gibt viele andere industriell relevante Anwendungen für lineare Breitbandschaltungen bei mm-Wellen- und THz-Frequenzen, z.B. in der Messtechnik, für die es in Europa eine große industrielle Basis gibt. Fortschritte in diesem Bereich kommen daher unmittelbar der nationalen und europäischen Technologiesouverenität zugute. Um die Vorteile des verfügbaren Spektrums nutzen zu können, werden drahtlose Sender mit ausreichender HF-Ausgangsleistung benötigt, um die hohen Übertragungsverluste auszugleichen. Eine höhere Transistorlinearität ermöglicht eine Verringerung des Power Backoff und führt somit zu einer höheren Systemeffizienz und/oder einer höheren nutzbaren Sendeleistung und damit zu einer größeren Übertragungsreichweite in künftigen Kommunikationssystemen. Ein besseres und grundlegenderes Verständnis der Linearität von THz-Transistoren ist von entscheidender Bedeutung, um technologische Antworten auf die Anforderungen von drahtlosen 300-GHz-Systemen zu finden. Der InP-Doppel-Heterostruktur-Bipolartransistor (InP DHBT) ist - im Vergleich zu anderen verfügbaren Transistortechnologien - sehr gut für HF-Leistungsverstärker, Mischer und andere Breitbandschaltungen geeignet. InP weist eine ähnliche Durchbruchfeldstärke wie Silizium auf, während die höhere Elektronengeschwindigkeit in InP ein relativ dickes Kollektordesign und damit eine hohe Durchbruchspannung ermöglicht. Allerdings beeinträchtigen der Basis-Kollektor-Heteroübergang und die hohen Kollektorstromdichten die Linearität der Bauelemente. Für Verstärkungs- und Mischeranwendungen in zukünftigen 6G-Breitband-Transceivern, die bei 300 GHz arbeiten, sind optimierte InP-HBT-Strukturen in Verbindung mit einer genauen physikalischen Simulation und einer kompakten Bauelementemodellierung für das Schaltungsdesign erforderlich. Dieses Projekt zielt nicht nur darauf ab, die Linearität von InP DHBTs durch Optimierung der Zusammensetzung des Basis-Kollektor-Übergangs zu verbessern, sondern auch auf eine umfassende Analyse und das Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen. Auf der Grundlage der im Rahmen des Projekts gewonnenen Erkenntnisse sollen hochlineare InP DHBTs demonstriert und ein entsprechendes kompaktes Transistormodell abgeleitet werden, das den Entwurf von Schaltungen ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Mitverantwortliche: Dr. Oliver Hilt; Dr.-Ing. Hady Yacoub, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Dan Ritter, Ph.D.