Die stickstoffhaltigen Verbindungshalbleiter werden allgemein als Nitrid-Halbleiter bezeichnet. Die bekannteste Verbindung ist hier das Gallium-Nitrid (GaN), welches u.a. die Grundlage der modernen Beleuchtungstechnik in Form von LEDs ausmacht. Neben der hohen optoelektronischen Relevanz weisen sich die III-Nitrid Halbleiter in Hochleistungsbauelementen aus, wie z.B. den High-Electron-Mobility Transistors (HEMTs). Eine Besonderheit der Nitrid-Halbleiter liegt in ihrer Kristallstruktur. Im Material liegt richtungsabhängig ein spontanes und piezoelektrisches Polarisationsfeld vor. Dies wird gezielt zur Herstellung einfacher HEMTs genutzt, wirkt sich aber auf Quantenbauelemente, wie z.B. den LEDs, meist negativ auf ihre Effizienz aus.
In unserem Fachgebiet arbeiten wir an 2 GaN-basierten Bauelementen. Eines davon ist die resonante Tunneldiode (RTD) für Anwendungen in Oszillator Schwingkreisen. Das andere ist ein HEMT für die Anwendung als Sensor. Zu den Arbeiten gehört die Entwicklung der Epitaxie der Bauelemente aus der Metallorganischen Gasphasenepitaxie (nur Masterarbeiten), eine entsprechende Planung und Entwicklung der Technologie, sowie die Aneignung und Anwendung geeigneter Charakterisierungsmethoden in den einzelnen Phasen der Bauelemententwicklung. Die erarbeiteten Ergebnisse sollen zur Modellentwicklung und weiteren Optimierung der Prozesse und der Bauelemente genutzt werden.
Bei Interesse an den Nitrid-Bauelementen können Sie sich gerne bei uns für weitere Informationen melden.
Betreuer: M.Sc. Patrick Häuser
Hintergrund:
Der Indium-Phosphid Doppel-Heterostruktur Bipolar Transistor (InP DHBT) ist ein vielversprechender Kandidat für Höchstfrequenzanwendungen. Für hoch performante HBTs sind Metall-Halbleiter Kontakte mit geringem Wiederstand notwendig
Aufgabe:
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Parameter des Aufdampfprozesses für n- und p- Kontakte entwickelt. Für die Entwicklung von nano-skalierten Kontakten werden verschiedene Vorbehandlung des Wafers untersucht. Für die Charakterisierung des Wafers, sowie der Kontakte, werden unterschiedliche Anlage, sowie Messungsverfahren benutzt, z.B. REM, AFM, TLM-Messung und Hall-Messung
Betreuer: M.Sc. Hao Zhang
Im Mobilfunkstandard der nächsten Generation (6G) sollen die Frequenzbereiche von 110 GHz bis 170 GHz und 220 GHz bis 330 GHz genutzt werden, um besonders hohe Datenübertragungsraten zu erreichen. Systeme, welche für diese Frequenzbereiche ausgelegt sind, stellen besonders hohe Anforderungen an die Performanz der verwendeten Halbleitertechnologie. Vielversprechende Halbleitertechnologien sind die auf Indium-Phosphid (InP) basierende Doppel-Heteroübergang-Bipolar-Transistor (DHBT) Technologien. Dabei werden die DHBTs und passive Komponenten verwendet, um Schaltungen für die Übertragungssysteme zu realisieren.
Wir entwerfen Schaltungen mit einer InP Halbleitertechnologie und untersuchen verschiedene Topologien, um Funktionen wie Mischer, Verstärker oder Oszillatoren für die genannten Frequenzbereiche zu implementieren.
Mögliche Themengebiete:
Implementation und Untersuchung einer Schaltung zur Umwandlung von symmetrischer zu asymmetrischer Signale (Balun).
Betreuer: M.Sc. Konrad Müller
Im Frequenzbereich um 1 Terahertz (THz) entwickeln sich zurzeit viele neu Anwendungen wie kontaktlose Sensorarrays zur gleichzeitigen Materialerkennung und Objektlokalisierung. Die Schnittstelle zwischen Sensorarray und konventioneller Siliziumbasierter Elektronik bilden Frequenzwandler, welche die THz-Signale in den einstelligen GHz-Bereich zur Weiterverarbeitung umwandeln. Kommerziell erhältliche Systeme basieren auf aktiv gekühlten Splitblock-integrierten Mixer/Amplifier/Multiplier Chains (Mix-AMC) und weisen hohe Mischverluste und Verlustleistungen auf. Die Nutzung von neuartigen Schaltungskonzepten auf Basis der Resonanten Tunneldiode (RTD) verspricht den Mischverlust, die Verlustleistung und die Integrationsdichte teilweise um Größenordnungen zu verbessern. Das Schaltkreisdesign für RTD‘s gestaltet sich allerdings als nichttrivial und unkonventionell.
Ziel der Arbeit ist es robuste Schaltungskonzepte und ein physikalisches Layout für einen RTD-Receiver zu entwickeln und auch die Theorie der nichtlinearen Frequenzumwandlung in RTD-Schaltkreisen durch eine symbolische Harmonic-Balance Berechnung zu untersuchen. Im Fachgebiet liegen ausführliche Vorarbeiten zur technologischen Realisierung entsprechender Schaltungen, zum epitaktischen Wachstum von RTD Schichtstapeln und zu Design und Simulation verschiedener RTD Oszillatorschaltungen und Arrays vor, sodass der Receiver aus einem Baukasten aus Hochfrequenzelementen (MIM-Kondensatoren, Vias, Patchantennen etc.) designet werden kann.
Betreuer: M.Sc. Jonas Watermann
Der Double-Hetero-Bipolartransistor (DHBT) zeigt beeindruckende Hochfrequenzeigenschaften und ist ein Kandidat für breitbandige Kommunikationsanwendungen. Für die Datenübertragung ist jedoch nicht nur die Grenzfrequenz, sondern auch die Linearität des Transistors entscheidend. Für die Linearität ist eine quaternäre Materialgraduierung im Kollektor des Transistors maßgebend. Durch geschicktes Band-Engineering können hier energetische Barrieren im Leitungsband vermieden, und nichtlineare Stromquellen wie direktes, oder durch Trap-Zustände assistiertes Band-zu-Band Tunneln minimiert werden.
Da für die meisten quaternären Materialkombinationen experimentelle Daten zur Bandstruktur und besonders der Elektronenaffinität fehlen, ist das Ziel dieser Masterarbeit die Unterstützung unserer MOVPE Epitaxie-Entwicklung mit atomistischen Simulationen in der Kommerziellen Software „QuantumATK“ und „Sentaurus TCAD“. Zielparameter sind Bandstruktur und Elektronenaffinität, sowie Transportsimulationen basierend auf dem Formalismus der nicht-gleichgewichts Greenfunktion (NEGF) und des hydrodynamischen Elektronentransports. Die theoretischen Ergebnisse sollen durch epitaktische Teststrukturen auch experimentell überprüft werden.
Betreuer: M.Sc. Jonas Watermann
Ein Metasensor wird aus einer periodischen Metaoberfläche gebildet, deren Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit seiner dielektrischen Umgebung verändert, zum Beispiel durch starke Kopplung an Resonanzen von organischen Molekülen oder Nanopartikeln. Durch die Messung dieses Frequenzshifts lässt sich die Metaoberfläche als Sensor nutzen. Der Frequenzshift wird meist aufwändig über Laser-basierte Terahertz-Spektroskopie ermittelt. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Metasensor and einen elektronischen Oszillator basierend auf einer Resonanten Tunneldiode (RTD) zu koppeln, um den Frequenzshift auf die RTD zu übertragen. Hauptaufgabe der Arbeit ist das Design und die Herstellung geeigneter Metaoberflächen durch Metallaufdampfung auf Silizium-Wafern. Anschließend soll die Kopplung zu unseren bereits charakterisierten RTD-Oszillatoren in einem Freistrahl-Aufbau überprüft werden.
Betreuer: M.Sc. Jonas Watermann
