(M.Sc. Projekt/M.Sc.) 3D Elektromagnetischer Entwurf von RTD-Antennen Arrays

Hintergrund:

Im Terahertz (THz) Bereich zwischen 300 GHz bis zu 4 THz entwickeln sich zurzeit viele neuartige Anwendungen: kontaktlose Materialerkennung und -charakterisierung, ultraschnelle drahtlose Datenübertragung von mehreren Tbit/s, Detektierung versteckter Objekte in Robotik- und Sicherheitsanwendungen. Für diese Anwendungsfelder werden kompakte Signalquellen und -detektoren benötigt, die hohe Ausgangsleistung effizient bereitstellen, empfindlich sowie rauscharm detektieren, und kompakt, robust und kostengünstig hergestellt werden können.

Wir untersuchen im SFB/TRR196 MARIE die Resonante Tunneldiode (RTD), ein auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt basierendes Bauelement, mit dem bis heute Signale bis zu 2 THz erzeugt werden können. Durch Verbesserung der Halbleiter-Vertikalstruktur, der Bauelement-Herstellungsprozesse und der Zusammenschaltung in Arrays versuchen wir, die Performanz dieser THz-Komponenten zu verbessern.

Aufgabe:

Die Ausgangsleistung von elektronischen THz-Komponenten kann durch Parallelschaltung erhöht werden. Da passive Wellenleiter-Netzwerke im THz-Bereich sehr verlustbehaftet sind, untersuchen wir die Freistrahl-Kombination von RTD in phasenstarren Arrays. Eine Herausforderung stellt die korrekte Integration der RTD in eine passende Antennenstruktur dar. Hier müssen aktives Bauelement und passive Antennenstruktur aufeinander sinnvoll abgestimmt werden, um bei den gewünschten Frequenzen mit hoher Ausgangsleistung zu schwingen. Mithilfe von Industrie-Standard 3D-EM-Simulationssoftware (Empire XPU und CST Microwave Studio) soll ein sinnvolles Konzept zur Integration der RTD in einer Oszillatorkonfiguration simulatorisch erarbeitet werden. Anschließend wird ein Schaltkreis-Layout erstellt und Komponenten werden im Reinraum des ZHO hergestellt und bei THz-Frequenzen vermesssen.

Betreuer: M.Sc. Robin Kreß

(M.Sc.) Entwicklung von RTD THz Emittern

Hintergrund:

Im Terahertz (THz) Bereich zwischen 300 GHz bis zu 4 THz entwickeln sich zurzeit viele neuartige Anwendungen: kontaktlose Materialerkennung und -charakterisierung, ultraschnelle drahtlose Datenübertragung von mehreren Tbit/s, Detektierung versteckter Objekte in Robotik- und Sicherheitsanwendungen. Für diese Anwendungsfelder werden kompakte Signalquellen und -detektoren benötigt, die hohe Ausgangsleistung effizient bereitstellen, empfindlich sowie rauscharm detektieren, und kompakt, robust und kostengünstig hergestellt werden können.

Wir untersuchen im SFB/TRR196 MARIE die Resonante Tunneldiode (RTD), ein auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt basierendes Bauelement, mit dem bis heute Signale bis zu 2 THz erzeugt werden können. Durch Verbesserung der Halbleiter-Vertikalstruktur, der Bauelement-Herstellungsprozesse und der Zusammenschaltung in Arrays versuchen wir, die Performanz dieser THz-Komponenten zu verbessern.

Mögliche Themengebiete:

• Prozessentwicklung von Multilagen Antennenstrukturen für die effiziente Einkopplung eines Injektionssignals für Beamsteering Anwendungen unter Verwendung von gängigen Halbleiterprozessschritten und Materialien, sowie modernster Hochfrequenzmesstechnik.
   
• Schichtentwicklung in der Molekularstrahlepitaxie des aktiven RTD Schichtpakets zur Erhöhung der Performancedaten hinsichtlich höchste erreichbare Frequenz f_max, Leistung P_out und DC-to-RF Effizienz η_dc-to-rf. Nutzung von modernster Hochfrequenzmesstechnik zum Charakterisieren der Diode.
   
• Design von on-wafer Oszillatoren bei unterschiedlichen Frequenzen zur Analyse des Verhaltens der RTD bei hohen Frequenzen unter Verwendung von Industrie relevanter Designsoftware für Hochfrequenzschaltkreise.
   
• Design eines modellierbaren Feed Netzwerks für RTD Oszillatoren zur Modellierung des Signals für zum Beispiel Kommunikationsanwendungen unter Verwendung von Industrie relevanter Designsoftware für Hochfrequenzschaltkreise.

• Weiterentwicklung der geometrischen Struktur der RTD zur Erhöhung der Performance bei höchsten Frequenzen bei Nutzung hochauflösender Elektronenstrahllithographie

Betreuer: M.Sc. Enes Mutlu

(M.Sc./B.Sc.) Selektive Kontaktierung und Charakterisierung von (In)GaN Nanodraht LEDs

Gallium-Nitrid (GaN) ist das grundlegende Material für die Herstellung von Licht emittierenden Dioden (LED). Mit der ternären Indium-Gallium-Nitrid (InxGa1-xN) Verbindung kann die Farbe des Lichtes der LED über den kompletten sichtbaren Spektralbereich eingestellt werden. In der BHE werden GaN basierte Nanodraht-LEDs (ND-LEDs) hergestellt. Durch die Nanodrahtgeometrie weist die ND-LED potenziell mehrere Vorteile gegenüber der konventionellen Schicht-LED auf. Es wird die leuchtaktive Fläche im Vergleich zur Oberfläche des Substrates erhöht und die elektro-optischen Eigenschaften der ND-LEDs ermöglichen es diese im hochfrequenten Bereich anzuwenden.

Die ND-LED wird durch hohe Datenraten attraktiv für die Kommunikationstechnologie. Um die LEDs dahingehend zu optimieren ist die elektro-optische Charakterisierung von Einzeldrähten und ganzen Feldern aus mehreren 1000 ND-LEDs notwendig. Aufgrund des komplexen Aufbaus der ND-LED ist die Kontaktierung eine technologische Herausforderung. Optimierung der Strominjektion in die LEDs durch selektive elektrische Isolierung und konformer Bedeckung mit Indium-Zinn-Oxid (ITO) sind nur Beispiele solcher Herausforderungen zur Kontaktierung ganzer Felder. Weiterhin ist ein Verständnis des Ladungsträgertransportes durch die ND-LEDs für deren Optimierung wichtig. Dazu werden bevorzugt einzelne ND-LEDs kontaktiert und elektrisch vermessen. Durch eine Erklärung der Strom-Spannungs-Charakteristik mit entsprechenden Mechanismen für den Ladungsträgertransport, kann eine modellhafte Beschreibung des Stromtransportes durch die ND-LEDs entwickelt werden. Auf Basis des Modells können limitierende Faktoren extrahiert und optimiert werden.

Bei Interesse an dem Thema können Sie sich gerne bei uns für weitere Informationen melden.

Betreuer: M.Sc. Patrick Häuser