Ruhr-Universität Bochum

 

 

 

Bildbeschreibung

 

 

Arbeitsgruppe Halbleiterbauelemente
Forschung

Entdeckungen 1

Entdeckungen 2

Entdeckungen 3

Entdeckungen 4

Entdeckungen 5

 

 

 

Startseite | Forschung | Publikationen | Kontakt

 

 

 

 

Übersicht über die letzten Forschungsprojekte der Arbeitsgruppe Halbleiterbauelemente.

  • Entwurf sehr schneller (analoger und digitaler) integrierter Bipolarschaltungen, u.a. für die optische Übertragungstechnik.
    Die Ergebnisse der meisten Arbeiten auf diesem Gebiet, bei denen Datenraten bis 60 Gbit/s erreicht wurden, sind in der Publikationsliste aufgeführt und in einer ausführlichen Arbeit (siehe Publikation Nr. 141) zusammengefasst (Stand 1998). In einer letzten Arbeit wurde ein Verstärkerarray für parallele optische Übertragungsstrecken mit 12 Kanälen von je 10 Gbit/s entwickelt und in einer SiGe-Fertigungstechnologie von Infineon hergestellt. Die hohe Gesamtdatenrate von 120 Gbit/s pro Chip wurde damals von keiner anderen Stelle erreicht. Die Verstärker zeichnen sich außerdem durch eine hohe Transimpedanz von 25 kΩ (im begrenzenden Betrieb) und durch geringes eingangsbezogenes Rauschen aus. Eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Entwicklung der Schaltung war die genaue Simulation des Nebensprechens auf dem Chip, insbesondere auch der Substratkopplung. Siehe Publikationen Nr. 160, 161, 169, 170.
  • Entwicklung eines physikalischen Modells für Silizium-Germanium Heterobipolartransistoren (SiGe HBTs)
    Dieses Modell, das mit SIGEM bezeichnet wurde, ist eine Erweiterung des Transistormodells HICUM und ist, wie dieses, bis zu sehr hohen Stromdichten gültig. Es basiert auf physikalischen Beziehungen zwischen technologischen/physikalischen Größen und den Parametern des Kompaktmodelss. Zur Schaltungssimulation wurde SIGEM in den Netzwerksimulator ELDO eingebaut. Die Modellentwicklung wurde durch zahlreiche numerische "DEVICE-Simulationen" auf der Basis der Dotierugsprofile im Transistor unterstützt. Siehe Publikationen Nr. 142 und 143.

  • Untersuchung und Modellierung des Durchbruchverhaltens schneller Silizium-Bipolartransistoren.
    Mit zunehmender Grenzfrequenz der Transistoren muss die Dotierungskonzentration im Kollektor erhöht werden, wodurch sich die Durchbruchspannung verringert (Lawinendurchbruch). Um dennoch eine ausreichende Ausgangsleistung in Transistorschaltungen zu erzielen, ist es erforderlich, die Transistoren möglichst bis zu ihrer Grenzspannung auszusteuern. Hierzu wurden genaue physikalische Transistormodelle entwickelt, mit denen für beliebige externe Beschaltung die Spannungsgrenzen detektiert und der Einfluss des Lawinendurchbruchs bei statischem und dynamischem Betrieb durch Schaltungssimulation ermittelt werden kann. Siehe Publikationen Nr. 149, 155, 156, 159.

  • Modellierung des Substrateinflusses in schnellen integrierten Schaltungen.
    Es wurden nicht nur die Verkopplungen auf dem Chip untersucht, sondern auch Maßnahmen zu deren Vermeidung. Für die erforderlichen Simulationen wurde der numerische Substratsimulator SUSI verwendet, der in der Arbeitsgruppe entwickelt wurde. Er berücksichtigt nicht nur das Halbleitersubstrat selbst, sondern auch die Strukturen und Schichten in und auf dem Chip. Als Demonstrator für die Substratkopplung wurde ein begrenzender 30 Gbit/s Transimpedanz-Verstärker mit einer hohen Transimpedanz von 25 kΩ entwickelt. Mit ihm wurde gezeigt, dass breitbandige Schaltungen auch bei hoher Verstärkung auf einem(!)Chip untergebracht werden können, wenn geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Das hohe Produkt aus Transimpedanz und Datenrate (750 kΩ x Gbit/s) wurde damals von keiner anderen Stelle erreicht. Siehe Publikationen Nr. 119, 126, 127, 132, 139, 146, 153, 156, 160, 161, 163, 168, 171.

  • Entwurf spannungsgesteuerter Oszillatoren (VCO) für den Millimeterwellenbereich.
    Diese Arbeiten zielten vor allem auf Anwendungen in Abstandsradar-Systemen für Kraftfahrzeuge (77/79 GHz). Für diese Anwendung wurde erstmals gezeigt, dass der komplette VCO (einschließlich Resonator und Ausgangsbuffer) auf einem Chip in verfügbaren SiGe-Technologien (hier: Infineon) integriert werden kann, und dass dabei die geforderten Spezifikationen voll erreicht werden. Insbesondere die hohe Ausgangsleistung von insgesamt 18 dBm, die zur direkten Ansteuerung der Antennen voll ausreicht, war von der Fachwelt in Silizium nicht für möglich gehalten worden. Eine wichtige Voraussetzung hierfür war ein in der Arbeitsgruppe entwickeltes neues Transistormodell zur Beschreibung des Lawinendurchbruchs, der die Ausgangsleistung begrenzt. (Publikationen Nr. 149, 155, 156, 159). Damit steht eine preiswerte Lösung zur Verfügung, die den Einsatz der kostspieligeren Verbindungshalbleiter (GaAs und z.B. auf Basis von InP) in Zukunft überflüssig machen wird. Inzwischen werden solche SiGe-ICs erfolgreich in Radarsystemen eingesetzt. Siehe Publikationen Nr. 157, 158, 162, 164-167.
    Ferner wurde gezeigt, dass man mit der verwendeten SiGe-Technologie VCOs bis etwa 100 GHz realisieren kann, bei einer noch beachtlichen Ausgangsleistung von 14 dBm. Siehe Publikation Nr. 167.

    Letzte Arbeiten befassten sich mit Millimeterwellen-VCOs mit sehr großem Abstimmbereich von bis zu 30% der Mittenfrequenz von etwa 80 GHz (siehe Publikationen Nr. 173 und 174) und mit der Reduktion des Lasteinflusses auf die Schwingfrequenz ("frequency pulling", siehe Publikation Nr. 175).


Die Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe wurden vorwiegend durch nationale und internationale Förderprogramme (BMBF, EU) sowie von der Industrie finanziert.

 


Liste aller Publikationen der AGHL

Pressenotiz
: Abstandsradar mit Silizium-Technologie

 

 

 

Letzte Änderung: 30.03.2011

up  Seitenanfang | Druckansicht | Impressum | Ansprechpartner/in: Inhalt & Technik