Quantenbauelemente

Beschreibung des Forschungsschwerpunktes "Quantenbauelemente" in CRIS

Projekte:

HU 2827/2-1: Elektronische Bauelemente auf Basis des 2D-Materials schwarzer Phosphor - lagenanzahlabhängige Eigenschaften

Zweidimensionale Schichtmaterialien zeigen aufgrund ihrer außerordentlichen Eigenschaften enormes Potential hinsichtlich des Einsatzes in elektronischen Bauelementen. Die Verwendung dieser Materialien ist jedoch noch immer mit erheblichen Herausforderungen verbunden, insbesondere da diese Schichtmaterialien lagenanzahlabhängige Eigenschaften aufweisen, welche die potentiellen Bauelementefunktionalitäten maßgeblich bestimmen. Systematische Studien zu Herstellungsprozessen von Bauelementen, einschließlich dere…

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Sensoren basierend auf 0D-Farbzentern in SiC

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen eines LEB-Promotionsvorhabens bearbeitet.

Im Rahmen der Arbeit sollen Bipolarbauelemente entwickelt und charakterisiert werden, die Quanteneffekte in 0D-Farbzentren funktionalisieren sollen. Dafür werden in den Bipolarbauelementen gezielt Farbzentren erzeugt, deren optischen Eigenschaften sich durch Anlegen von verschiedenen Spannungen am Bauelement manipulieren lassen. Dies kann sowohl im Quantencomputing als auch in der Quantensensorik eingesetzt werden.

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Funktionalisierung des Tunneleffekts für neuartige Leistungstransistorkonzepte

Das Forschungsthema wird im Rahmen eines LEB-Promotionsvorhabens bearbeitet.

Seit mittlerweile mehr als einem Jahrzehnt werden Tunnel-Feldeffekt-Transistoren (TFET) als möglicher Ersatz für den herkömmlichen Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekt-Transistor (MOSFET) in Logikschaltungen gehandelt [1–5], da dieses Bauteilkonzept potenziell energieeffizienter ist [4]. Insbesondere die geringere Schaltenergie ist auch in der Leitungselektronik mittlerweile von zentraler Bedeutung, da aktuelle Spannungswandler mit konstanter Ausgangsleistung immer kompakter werden [6] und die entsprechend schrumpfenden Energiespeicher-Bauelemente eine immer höhere Schaltfrequenz notwendig machen. Bei immer höheren Schaltfrequenzen übersteigen die dynamischen Verluste im Umschaltvorgang der Transistoren die statischen Verluste im leitenden Zustand, was sich in einem Abfallen der Effizienz eines Spannungswandlers bei hohen Frequenzen bemerkbar macht [7]. Ziel der Arbeit ist es, den Leistungs-TFET in verschiedenen für die Leistungselektronik interessanten Materialsystemen herzustellen, zu erproben und gegen herkömmliche Leistungsschalter zu vergleichen. Dazu muss ein Grundlegendes Verständnis der Tunnelpfade innerhalb der Bandstruktur der verwendeten Materialien erarbeitet und auf dieser Basis Bauelemente designt und hergestellt werden. Darüber hinaus sollen die Bauelemente dann in typischen Schaltungen erprobt werden, um ihre Anwendbarkeit zu zeigen.

Quellen

[1]    IEEE, “International Roadmap for Devices 2021: Beyond CMOS,” in Proceedings of the 2021 International Symposium on Roadmapping Devices and Systems. Accessed: Jun. 29 2022. [Online]. Available: https://​irds.ieee.org​/​editions/​2021

[2]    J. Knoch, S. Mantl, and J. Appenzeller, “Impact of the dimensionality on the performance of tunneling FETs: Bulk versus one-dimensional devices,” Solid-State Electronics, vol. 51, no. 4, pp. 572–578, 2007, doi: 10.1016/j.sse.2007.02.001 [Show in Citavi] .

[3]    D. Haehnel, I. A. Fischer, A. Hornung, A.-C. Koellner, and J. Schulze, “Tuning the Ge(Sn) Tunneling FET: Influence of Drain Doping, Short Channel, and Sn Content,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 62, no. 1, pp. 36–43, 2015, doi: 10.1109/TED.2014.2371065 [Show in Citavi] .

[4]    M. T. Bohr and I. A. Young, “CMOS Scaling Trends and Beyond,” IEEE Micro, vol. 37, no. 6, pp. 20–29, 2017, doi: 10.1109/MM.2017.4241347 [Show in Citavi] .

[5]    K. K. Bhuwalka, J. Schulze, and I. Eisele, “A Simulation Approach to Optimize the Electrical Parameters of a Vertical Tunnel FET,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 52, no. 7, pp. 1541–1547, 2005, doi: 10.1109/TED.2005.850618 [Show in Citavi] .

[6]    J. Morroni and P. Shenoy, Understanding the Trade-offs and Technologies to Increase Power Density. [Online]. Available: https://​www.ti.com​/​lit/​wp/​slyy193/​slyy193.pdf (accessed: Jun. 22 2022).

[7]        V. Yousefzadeh, N. Wang, Z. Popovic, and D. Maksimovic, “A digitally controlled DC/DC converter for an RF power amplifier,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 21, no. 1, pp. 164–172, 2006, doi: 10.1109/TPEL.2005.861156 [Show in Citavi] .

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