Das Kernthema dieser Arbeit behandelt die Charakterisierung und Modellierung von aktiven und passiven Schaltungskomponenten bei Millimeter und Submillimeter-Frequenzen. Hierbei wird gezielt auf das verteilte Bauteilverhalten bei hohen Frequenzen und dessen Beschreibung über neuartige Modellansätze eingegangen. Ebenso werden neue Ansätze bezüglich der On-Wafer S Parameter Kalibration bei Höchstfrequenzen untersucht.
Aktualisiert: 2023-06-01
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GaN-basierte Transistoren werden seit einigen Jahren als vielversprechende Kandidaten für zukünftige leistungselektronische Anwendungen gehandelt. Bei der Entwicklung dieser Bauelemente sollen insbesondere deren Durchbruchfestigkeit, Stromtragfähigkeit und Schaltgeschwindigkeit erhöht werden. Parallel soll die Effizienz immer besser werden. Um dies zu erreichen, müssen sowohl die epitaxische Struktur als auch das Design der Transistorstruktur optimiert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine umfassende systematische Studie der Designparameter eines AlGaN/GaN-HEMTs durchgeführt. Ziel dabei war es, ein Transistordesign zu entwickeln, das für leistungselektronische Anwendungen optimiert ist. Die entsprechenden Maßnahmen gliederten sich in zwei große Bereiche: „Design für hohe Spannung“ und „Design für niedrigen Ron und hohe Stromtragfähigkeit“.
Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden systematische Erkenntnisse, Optimierungsmaßnahmen und technologische Lösungen erarbeitet, die in ein neues Transistordesign einflossen. Ein entsprechend optimiertes Design für die angestrebte 65 mΩ-Klasse wurde vorgeschlagen: 134 Finger à 1,6 mm Fingerlänge bei einer Gesamtgateweite Wg = 214,4 mm auf einer Fläche von 10,12 mm². Die optimierten Transistoren wurden am FBH mittels p-GaN-Gate Normally-off-Technologie hergestellt. Im on-state wurde gezeigt, dass die Ströme von Ids max ~ 111 A bei einem Ron von ~ 52 mΩ und erreicht werden. Im off-state erreichten die Leistungselektronik-Transistoren die Durchbruchspannung von 700 V bei einem off-state Leckstrom unter 100 μA. Die hier entwickelten Transistoren zeigten sowohl im on- als auch im off-state ein gutes Potential für den Einsatz in leistungselektronischen Anwendungen bis 600 V.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die Leit- und Schaltverluste eines Leistungshalbleiters haben nach wie vor einen entscheidenden Einfluss auf die Effizienz und die erreichbare Leistungsdichte eines Umrichters. Aktuell zeigen sich AlGaN/GaN-HEMTs vor allem durch ihre hohen Schaltgeschwindigkeiten bei gleichzeitig ausgezeichneten Leiteigenschaften als aussichtsreiche Kandidaten für eine Reduktion dieser Verluste. In dieser Arbeit werden neuartige GaN-Transistoren charakterisiert und für leistungselektronische Anwendungen optimiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der gegenseitigen Anpassung der Halbleitertechnologie und der Schaltungsumgebung.
Aktualisiert: 2022-09-30
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Das Kernthema dieser Arbeit behandelt die Charakterisierung und Modellierung von aktiven und passiven Schaltungskomponenten bei Millimeter und Submillimeter-Frequenzen. Hierbei wird gezielt auf das verteilte Bauteilverhalten bei hohen Frequenzen und dessen Beschreibung über neuartige Modellansätze eingegangen. Ebenso werden neue Ansätze bezüglich der On-Wafer S Parameter Kalibration bei Höchstfrequenzen untersucht.
Aktualisiert: 2023-03-31
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