太赫兹半导体的研究 成立超高频半导体联合实验室

Metallorganische Gasphasen-Epitaxie (MOVPE) des Zentrums für Halbleitertechnik und Optoelektronik (ZHO) der Universität Duisburg-Essen (UDE) für InP-Höchstfrequenzbauelemente.
杜伊斯堡-埃森大学 (UDE) 半导体技术和光电中心 (ZHO) 的磷化铟超高频组件金属有机气相外延工艺 (MOVPE)。

杜伊斯堡-埃森大学和柏林费迪南德·布劳恩研究所、莱布尼兹超高频技术研究所的的科学家们正在共同开发超高频集成电路。

杜伊斯堡-埃森大学 (UDE) 目前正在建立一座全德国境内独一无二的太赫兹整合中心,北莱茵-威斯特法伦州和欧盟出资 650 万欧元资助该中心。在 Nils Weimann 博士教授的领导下,UDE 半导体技术和光电中心 (ZHO) 的科学家们已经在研究所需的半导体材料,例如磷化铟 (InP)。

这种半导体材料非常适合超高频组件,但是目前只能非常少量生产,成本非常昂贵。为了改变这种状况,ZHO 为太赫兹整合中心购买了新的生产设备。

UDE 的半导体专家现在正在向新成立的“磷化铟器件联合实验室”贡献自己的知识,柏林费迪南德·布劳恩研究所、莱布尼兹超高频技术研究所 (FBH) 也参与其中,一起开发毫米波和太赫兹应用的半导体材料、组件和电路。

最高频率的半导体

太赫兹范围 (0.1–3 THz) 仍未深入开发,因为目前仅 100 GHz 以下频率的电子组件可供商用。为了开发最大频率范围,必须研究和开发合适的半导体材料 — 例如磷化铟 (InP) — 以及针对最大频率优化的组件结构。自 2017 年一月以来,已在 Transregio (SFB/TRR) 196 特殊研究部门开展了太赫兹组件专业领域的研究工作 — 通过电磁扫描实现移动材料特征化 (MARIE)。在 UDE 成立了德意志研究联合会 DFG 的这个特殊研究部门。

可通过磷化铟出色的材料特性 — 高电子速度和高击穿电场强度 — 实现具有最高极限频率和高输出功率的组件。目前正在 UDE 进行详细的磷化铟材料系统研究:使用精确到原子级的外延工艺生产出谐振隧道二极管 (RTD) 和异质结构双极晶体管 (HBT) 的结构。

为此,在 UDE 半导体技术和光电中心 (ZHO) 实验室中为超高频电子组件专业领域 (BHE) 提供了两种外延系统:分子束外延 (MBE) 和金属有机气相外延 (MOVPE)。MOVPE 设备是在 BMBF 首倡活动 ForLab SmartBeam 框架中新购买的设备。

RTD 和 HBT 是在 UDE 中开发的,并针对最高频率和功率进行了优化。在 ZHO 的洁净室中进行所需的制造过程。在此处用电子束光刻技术定义关键的组件结构,它允许大大低于 1 μm 的结构宽度。

RTD 和 HBT 半导体组件构成复杂电路和模块的基础。在 UDE 开发的用于太核磁应用的、具有 HBT 的磷化铟晶片在 FBH 处进一步加工成复杂的电路。新的磷化铟设备联合实验室的这两个合作伙伴都使用相同的晶圆直径和兼容的工艺 — 这使得 FBH 能够在与应用相关的开发中快速实施该大学的新基础研究成果。

在 UDE 使用集成天线构建太赫兹 RTD,并使用芯片组装技术将其集成到模块中。这些工作在 UDE 新太赫兹整合中心的 ZHO 中进行。