IHP präsentiert neue Transistoren und Schalter für die Höchstfrequenzelektronik

Das IHP präsentiert heute auf der IEDM 2010, dem „International Electron Devices Meeting“ in San Francisco seine neuesten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der siliziumbasierten Höchstfrequenzelektronik. In zwei Vorträgen referieren Wissenschaftler des Frankfurter Institutes über Entwicklungen für schnellere Transistoren bzw. leistungsfähigere integrierte elektro-mechanische Schalter.

Dr. Bernd Heinemann stellt in seinem Vortrag verbesserte Silizium-Germanium-Heterobipolartransistoren vor, die mit maximalen Schwingfrequenzen von 500 GHz sowie einer Schaltzeit bei Ringoszillatoren von 2,0 Pikosekunden (ps) in ihrer Klasse neue Weltrekorde markieren. Damit ist es dem IHP gelungen, den eigenen Ringoszillatorrekord von 2,5 ps aus dem Jahr 2008 erneut zu verbessern.

Die vorgestellten Transistoren ermöglichen zum einen die Steigerung der Leistungsfähigkeit bestehender elektronischer Hochgeschwindigkeitssyteme, wie z.B. die Realisierung ultraschneller Datenübertragungen (>40 Gb/s) in Kommunikationssystemen. Andererseits zeichnet sich die Einsatzfähigkeit für zahlreiche neue Anwendungen ab, die bisher für Silizium-Bauelemente unzugänglich schienen.

Dazu zählen bildgebende Verfahren im Bereich von 0,3 bis 1 Terahertz, die z. B. in der Materialprüfung, bei Sicherheitskontrollen, bei Gewebeanalysen in der Medizin oder zur Detektion von Luftverschmutzungen in der Atmosphäre eingesetzt werden könnten. Hervorzuheben ist, dass diese Bauelemente kompatibel zur etablierten Siliziumtechnologie sind und damit Schlüsselelemente für kostengünstige Systeme in einem breiten Markt werden können.

In einem zweiten Vortrag des IHP stellt Mehmet Kaynak Ergebnisse zur Integration von elektro-mechanischen Schaltern in den SiGe BiCMOS-Prozess des Institutes auf Basis einer neu entwickelten MEMS- (Micro-Electro-Mechanical Systems) Technologie vor. Derartige MEMS-Schalter ermöglichen z.B. bei Antennenanordnungen Richtungsänderungen eines Radar-Strahles. Durch das Zusammenfügen von MEMS-Schaltern und üblicher Siliziumelektronik auf einem einzigen Chip können noch höhere Frequenzen verarbeitet werden.

Das hier vorgestellte Herstellungsverfahren enthält im Vergleich zu dem im Vorjahr auf der IEDM vom gleichen Autor präsentierten Verfahren einen zusätzlichen Ätzschritt von der Rückseite der Siliziumscheibe. Damit werden deutlich bessere Bauelementeeigenschaften als bei ausschließlichem Ätzen von der Vorderseite möglich. So wird eine Eingangsdämpfung von weniger als 0,5 dB bei Frequenzen bis 140 GHz erreicht. Die von solchen Schaltern realisierte Abschirmung des Eingangs- zum Ausgangssignal ist im Bereich von 90 bis 140 GHz besser als 20 dB.

Die alljährlich in den USA stattfindende IEDM gilt seit mehr als fünfzig Jahren als die weltweit wichtigste Konferenz zu Neuentwicklungen im Bereich mikroelektronischer Bauelemente. Auf dieser Halbleiterkonferenz präsentieren führende Wissenschaftler aus der ganzen Welt in über 200 Vorträgen dem internationalen Fachpublikum die jeweils neusten Forschungsergebnisse. Die Annahme der eingereichten Vorträge gilt als Gütesigel für die erreichten Forschungsergebnisse.