GaN-basierte Transistoren mit Trigate-Architektur

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Ambacher; Privatdozent Dr.-Ing. Frank Schwierz
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243486436

GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistor) sind in den letzten Jahren sehr populär geworden, insbesondere als Bauelemente für Leistungsschalter und für Leistungsverstärker in der HF-Technik (Hochfrequenz). Leistungsschalter und HF-Leistungsverstärker sind Schlüsselkomponenten für die moderne Informations- und Kommunikationstechnologie und die Verwendung von GaN-Transistoren in ihnen bietet zahlreiche Vorteile. Deshalb wird die Entwicklung von GaN HEMTs energisch voran getrieben. Die meisten bisher realisierten GaN HEMTs sind allerdings dHEMTs (depletion HEMT), die bereits ohne anliegende Gatespannung einen leitenden Kanal besitzen und angeschaltet sind. Das schränkt ihre Anwendung stark ein, denn in vielen Fällen werden selbstsperrende Transistoren, so genannte eHEMTs (enhancement HEMT), benötigt, die ohne anliegende Gatespannung ausgeschaltet sind. Im Zentrum des vorliegenden Projekts steht ein neues und viel versprechendes Konzept für GaN-Transistoren, das Trigate-Design, welches seit Kurzem in der Siliziumelektronik sehr populär ist. Dieses Konzept wird im Projekt auf den GaN HEMT übertragen und es werden umfangreiche Forschungsarbeiten zu GaN Trigate-eHEMTs durchgeführt. Die drei Projektpartner bringen ihre ausgewiesene Expertise zur Transistortheorie und zur GaN-Technologie in das Projekt ein und werden intensiv an GaN Trigate-eHEMTs für Leistungsschalter und HF-Verstärker arbeiten. In enger Zusammenarbeit werden sie - die Physik und Wirkungsweise von GaN Trigate-eHEMTs im Detail untersuchen,- geeignete Designs solcher Transistoren für Leistungsschalter und HF-Anwendungen erarbeiten,- einen Herstellungsprozess für GaN Trigate-HEMTs entwickeln,- GaN Trigate-eHEMTs prozessieren und eingehend elektrischen charakterisieren, - das Potenzial des Trigate-Konzepts für GaN Transistoren bewerten.Zur Analyse der Physik und Wirkungsweise von Trigate-HEMTs werden umfangreiche Bauelementesimulationen durchgeführt. Die Resultate dienen dann als Grundlage der Entwicklung geeigneter Designs von GaN Trigate-eHEMTs für Leistungsschalter und HF-Anwendungen. Besondere Herausforderungen bei der Herstellung von GaN Trigate-HEMTs stellen die Prozessierung der AlGaN/GaN-Bodies mit defektarmen Seitenwänden durch Grabenätzungen und die Beschichtung der Body-Seitenwände mit Metallen und Dielektrika dar. Wesentliche Ziele des Projekts sind (i) das Design und die Realisierung von GaN Trigate-eHEMTs, die erfolgreich mit konventionellen GaN Topgate-HEMTs konkurrieren können, (ii) eine entscheidende Erweiterung des Wissensstandes zu GaN Trigate-HEMTs und (iii) eine fundierte und kritische Einschätzung des Potenzials dieser Transistoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen