Untersuchung von pseudomorphen InGaAs-InAlAs-InP-High-Electron-Mobility-Transistoren im Hinblick auf kryogene Anwendungen

Tönnesmann, Andres; Lüth, Hans

doi:0366-0885

Untersuchung von pseudomorphen InGaAs-InAlAs-InP-High-Electron-Mobility-Transistoren im Hinblick auf kryogene Anwendungen

Tönnesmann, Andres (Author)

2003

VerantwortlichkeitsangabeAndres Tönnesmann

ImpressumJülich : Forschungszentrum Jülich, Zentralbibl., Verl. [u.a.] 2003

UmfangII, 119 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheBerichte des Forschungszentrums Jülich ; 4043

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Lüth, Hans (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-06-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-5964
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/58964/files/Toennesmann_Andres.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Physik (frei) ; HEMT (frei) ; MODFET (frei) ; InGaAs (frei) ; InAlAs (frei) ; InP (frei) ; kryogen (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In einer Vielzahl von neuen Anwendungsbereichen der Datenkommunikation besteht der Bedarf nach höheren Übertragungskapazitäten. Als Transistortyp mit den größten bisher erreichten Grenzfrequenzen bietet sich der auf dem InGaAs/InAlAs/InP-Schichtsystem basierende High Electron Mobility Transistor (HEMT) als verstärkendes Bauelement für den Einsatz in Kommunikationssystemen an. Im Betrieb bei kryogenen Temperaturen, wie etwa in Mischern oder Oszillatoren in Satelliten oder auch Basisstationen mit entsprechender Kühltechnik, ist beim HEMT auf Grund der verminderten Streuung der Ladungsträger an Phononen noch eine Verbesserung der Rausch- und Hochfrequenzeigenschaften zu erwarten. Als größte technologische Herausforderungen für das Erreichen höchster Grenzfrequenzen in allen Temperaturbereichen sind die Verringerung der Zuleitungswiderstände sowie die Realisierung sehr kurzer Gatelängen Gegenstand dieser Arbeit. Zudem stellen Reproduzierbarkeit und Robustheit der hier untersuchten Gatetechnologien wesentliche Kriterien bei der Anwendung dar. InAlAs/InGaAs-HEMTs zeigen im Vergleich zu anderen Transistorkonzepten in stärkerem Maße unerwünschte, teils materialbedingte Kurzkanaleffekte wie einen frühen Durchbruch, hohe Gateströme, Stoßionisation, Kink-Effekt und Verschiebung der Einsatzspannung. Messungen an den im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Transistoren bei Stickstofftemperatur vermitteln zusätzliche Einsichten in die Zusammenhänge dieser noch nicht vollständig verstandenen Effekte. Transitfrequenz bzw. maximale Schwingfrequenz von Kurzkanaltransistoren steigen von 180 GHz bzw. 300 GHz bei Raumtemperatur um etwa 20% bzw. 30% bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs bei konstant hohen Durchbruchspannungen von über 8 V.

A wide variety of new data communication applications demand ever-increasing transmission capacities. The InGaAs/InAlAs/InP layer stack based High Electron Mobility Transistor (HEMT) is currently regarded as the most promising active device in communication systems as it has the highest cut-off frequencies of all transistor types. Due to reduced phonon scattering of the charge carriers, the HEMT is expected to exhibit even better noise and high frequency characteristics for operations at cryogenic temperatures, for instance in mixers or oscillators located in satellites or ground based systems with appropriate cooling equipment. This work focuses on the reduction of access resistances and the fabrication of very short gate lengths as the biggest technological challenges realizing highest cut-off frequencies at any temperature. In addition, the reproducibility and robustness of the implemented gate technologies are fundamental criteria for applications. In comparison to other transistor designs, the InAlAs/InGaAs HEMTs are stronger affected by undesirable, partly material dependent, short channel effects like early breakdown, high gate currents, impact ionization, the kink effect, and a shift in the threshold voltage. Measurements at liquid nitrogen temperature on transistors produced in this work provide further insight into the poorly understood interrelationship between these effects. At liquid nitrogen temperature, the cut-off frequency of 180GHz and the maximum oscillation frequency of 300GHz of short channel transistors at room temperature increase by 20% and 30%, respectively, while the breakdown voltage remains at high values above 8V.

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