Deterministische Simulation des Elektron- und Phonontransports in III-V Bauelementen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Jungemann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215913023

Die Spitzenbauelemente der III–V–Technologie führen zu immer schnelleren elektronischen Schaltungen, mit denen beispielsweise Nahbereichsradargeräte für Kraftfahrzeuge oder hohe Datenübertragungsraten machbar sind. Diese extrem schnellen Bauelemente mit Grenz- und Oszillationsfrequenzen von über 300GHz können nicht länger mit klassischen TCAD–Werkzeugen simuliert werden und fundamentalere Ansätze basierend auf der Boltzmann–Gleichung werden benötigt. Da nicht nur der Elektronentransport sondern auch der Phononentransport aufgrund der Selbsterwärmung von Bedeutung ist, muss man Boltzmann–Gleichungen für beide Teilchensorten selbstkonsistent lösen. Dies erfordert einen numerischen Ansatz, der über den derzeitigen Stand der Technik, die Monte-Carlo-Simulatoren, hinausgeht. Kürzlich wurde ein deterministischer Löser für die Boltzmann–Gleichung in Siliziumbauelementen entwickelt, der alle notwendigen TCAD–Eigenschaften hat und mit dem man die stationären und Kleinsignalkennlinien sowie das elektronische Rauschen simulieren kann. Dieser Simulator soll auf III–V–Halbleiter inklusive Phononen erweitert werden. Der Schwerpunkt des Projekts wird die Entwicklung des thermischen Teils des Simulators sein, der genau wie der elektronische Teil auf einer Kugelflächenfunktionsentwicklung beruhen wird. Damit der Simulator in einem Designprozess angewendet werden kann, muss er numerisch stabil und effizient sein. Der neu entwickelte Simulator soll dazu benutzt werden, echte Bauelemente, für die von einem Partner Messdaten zur Verfügung gestellt werden, zu simulieren und die ultimativen Grenzen dieser Bauelemente zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen