Nanostrukturierte Ladungsträgergase für nicht-klassische Bauelementekonzepte

Hiller, Lars

After several decades of silicon-based transistor semiconductor technology in the industry research is more and more focussing on alternative materials and devices to excess nowadays boundaries. This work is dealing with both of these approaches. On one hand AlGaN/GaN will be presented as example for heterosystems. It will be shown how a two-dimensional electron gas is excited at the AlGaN/GaN interface. Influential parameters such as aluminium content or barrier thickness on charge density and charge mobility will be analysed with simulations. The practical focus of this work can be found on the design and realisation AlGaN/GaN-based nanostructures, which show outstanding opportunities of use such as rectifiers, side-gate transistors, logic gatters and selective switches due to their non-classic effects. An example for such a multi-purpose structure is the three-terminal junction (TTJ) device. Its functionality was shown of different material systems before and is now transferred to AlGaN/GaN. It will be shown how the geometrical design (T- versus Y-configuration) and the structural parameters (contact branch width, length and position) influence the device behaviour. By developing the T-design further, a self-gating effect can be forced and therewith helps to investigate the processes in the device. Furthermore a positive rectification effect was observed for the first time in the TTJ devices. In this work it will be studied and basic parameters for the occurrence (physical effects and essential structural parameters) will be presented. In addition an outlook on further devices capable to be transferred into AlGaN/GaN technology to open new fields of usage will be given. Therein the focus will be set to geometrical diodes, which are able to work without dopant or material interfaces. They are therefore suitable for the wide range of two-dimensional materials. Moreover the TTJ devices can be modified to work as transistors with side-gate control by slight geometrical variations. Those structures were realised as well and will be demonstrated.

In der Forschung rücken neben der etablierten Siliziumtechnologie immer mehr auch alternative Bauelemente und Materialien in den Mittelpunkt, die bestehenden Grenzen der Funktionalität überschreiten können. Die Arbeit beschäftigt sich mit diesen beiden Ansätzen. Zum einen wird AlGaN/GaN als Beispiel für Heterosysteme vorgestellt. Es wird gezeigt, wie ein zweidimensionales Ladungsträgergas an der AlGaN/GaN-Grenzfläche entsteht. Mit Hilfe von Simulationen wird der Einfluss von Parametern wie Aluminiumgehalt und Barrieredicke auf Ladungsträgerdichte und -beweglichkeit untersucht. Der praktische Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Entwurf und der Realisierung von AlGaN/GaN-basierten Nanostrukturen, die durch nicht-klassische Effekte eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten als Gleichrichter, Seitengate-Transistoren, logischer Gatter und selektiven Schaltern eröffnen. Eine solche universelle Struktur ist das Three-Terminal Junction (TTJ) Bauelement. Der von anderen Materialsystemen bekannte Aufbau wird auf AlGaN/GaN überführt. Es wird gezeigt, wie sich geometrische Anordnung (T- und Y-Aufbau) sowie strukturelle und externe Parameter (Kontaktbalkenbreite, -länge, Temperatur) auf seine Funktion auswirken. Durch eine Fortentwicklung des T-Aufbaus kann der Self-Gating-Effekt dieser Bauelementeart forciert werden. Darüber hinaus wurde in den hergestellten Strukturen erstmalig eine positive Gleichrichtung beobachtet. In der vorliegenden Arbeit wird auch dieser untersucht und die bestimmenden Effekte für sein Auftreten (physikalische Effekte sowie essentielle Strukturparameter) systematisch analysiert und erläutert. Aufgrund des Aufbaus und der Funktion kann man auch von T-Gleichrichtbauelementen und Y-Gleichrichtbauelementen sprechen. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf weitere Bauelemente gegeben, die sich in AlGaN/GaN- Heterosysteme überführen lassen und neue Anwendungsfelder eröffnen. Dabei werden Dioden vorgestellt, die auf geometrischer Grundlage ohne Dotierstoff- oder Materialübergang realisiert werden können und daher besonders für alle Arten von zweidimensionalen Materialien geeignet sind. Zudem lassen sich die TTJ-Bauelemente durch leichte Veränderungen in Transistoren mit Seitengate-Steuerung überführen. Diese Bauelemente wurden ebenfalls hergestellt und untersucht.

Zitieren

Zitierform:

Hiller, Lars: Nanostrukturierte Ladungsträgergase für nicht-klassische Bauelementekonzepte. 2015.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Export