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Herstellung und Charakterisierung von Heterostruktur-Feldeffekttransistoren und integrierten Hochfrequenz-Leistungsverstärkern auf AlGaN/GaN-Basis

Autor Reza Behtash
de Limba Germană Paperback – 31 iul 2006
Die gegenwärtigen Halbleitertechnologien basierend auf Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP) stoßen bei Hochfrequenz-Leistungsanwendungen immer mehr an ihre Grenzen. Dies ist fundamental gesehen in erster Linie auf den niedrigen Bandabstand dieser Materialien zurückzuführen. Transistoren auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) können dank des großen Bandabstandes und der guten Wärmeleitfähigkeit des Materialsystems HF-Ausgangsleistungsdichten erreichen, die mindestens 5 bis 10 Mal höher liegen als bei GaAs-basierten Transistoren. Die vorliegende Arbeit behandelt die Herstellung und Charakterisierung von solch GaNbasierten Heterostruktur-Feldeffekttransistoren. Die so genannten AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistoren (HEMTs) werden in dieser Arbeit verwendet, um monolithisch integrierte Leistungsverstärker für das X-Band zu realisieren. Die erzielten Resultate lassen sich wie folgt zusammenfassen: der einstufige symmetrische Verstärker bestehend aus zwei 8x100 µm Transistoren liefert im Dauerstrich-Betrieb eine maximale Ausgangsleistung von 39 dBm mit einem maximalen Wirkungsgrad (PAE) von 33,8 % bei 10 GHz. Dabei erreicht die Ausgangsleistungsdichte bei einer Betriebsspannung von 30 V 5 W/mm. Der realisierte Einzeltransistor-Verstärker liefert ebenfalls bei 10 GHz im Dauerstrich-Betrieb eine maximale Ausgangsleistung von 35,7 dBm (4,7 W/mm) mit einem maximalen Wirkungsgrad von 26 %.AlGaN/GaN-HEMTs sind nach wie vor mit sehr vielen Problemen behaftet. Eins der wichtigen Probleme stellen die Dispersionseffekte dar. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass der größte Teil der Dispersionseffekte durch die Oberfläche bedingt ist, wobei volumenbezogene Dispersion dennoch nicht zu vernachlässigen bleibt. Es wird dargestellt, dass die Zunahme der Kanalladungsträgerdichte nach einer Passivierung der Oberfläche mit Siliziumnitrid mittels eines elektrostatischen Modells erklärt und beschrieben werden kann. Die durchgeführten Messungen favorisieren das Erklärungsmodell in der Literatur, wonach nicht die Oberflächenzustände sondern die polarisation-induzierten Ladungen an der Oberfläche zu den ausgeprägten Dispersionseffekten bei AlGaN/GaN-HEMTs führen. Ein anderes Problem von AlGaN/GaN-HEMTs ist sicherlich die Zuverlässigkeit. Hierzu werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Transistoren bei 350 °C für ca. 300 Stunden gealtert. Es stellt sich heraus, dass vor allem die Siliziumnitrid-Passivierung und die ohmschen Kontakte einen Schwachpunkt darstellen.Weitere Kapitel in dieser Arbeit behandeln die Technologie zur Herstellung von AlGaN/GaN- HEMTs und die Grundlagen zur Realisierung von monolithisch integrierten Schaltungen basierend auf einem koplanaren Leitungssystem.
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Specificații

ISBN-13: 9783832252458
ISBN-10: 3832252452
Pagini: 131
Ilustrații: 66 schwarz-weiße Abbildungen
Dimensiuni: 149 x 210 x 12 mm
Greutate: 0.19 kg
Editura: Shaker Verlag