InP-Höchstfrequenz-Transistoren und integrierte Schaltungen in Transfer-Substrat-Technologie
Abb. 1: FIB- Profil eines TS-HBT mit Emitter (e), Basis (b) und Kollektor (c)
Abb. 2: Extrapolierte fT und fmax eines TS-HBT
Abb. 3: S-Parameter-Messungen an einem 90 GHz-Leistungsverstärker in TS-Technologie
Transistoren mit mehreren hundert Gigahertz (GHz) Betriebsfrequenz erschließen neue Anwendungsfelder in der breitbandigen Datenübertragung und bei bildgebenden Systemen. Dank ihrer hervorragenden Materialeigenschaften nehmen InP-basierte Transistoren hierbei eine Vorreiterrolle ein.
Deshalb werden am FBH die Hochfrequenzeigenschaften und Ausgangsleistungen von InP-Hetero-Bipolar-Transistoren (HBT) mittels einer 3" Substrat-Transfer (TS)-Technologie optimiert. Diese ermöglicht den lithographischen Zugang sowohl zur Vorder- als auch zur Rückseite der Transistoren. So kann ein linearer HBT-Aufbau, wie in Abb. 1 zu sehen, realisiert werden, der dominante parasitäre Kapazitäten im Bauelement eliminiert. Die vollständige Entfernung des Halbleitersubstrates gewährleistet den beidseitigen Zugang zur Heterostruktur. Dazu wurde ein robustes Wafer-Bonding-Verfahren mittels Benzocyclobuten (BCB) entwickelt, das eine homogene Kompositmatrix aus funktionalen Bauelementen und Transfersubstrat liefert, ohne durch Einschlüsse oder Bruchstellen limitiert zu sein.
Die optimierte Bauelementtopologie schlägt sich in exzellenten Leistungsmerkmalen nieder: Transistoren mit einer Emitterfläche von 2× 0,8×5 μm2 weisen ein fT = 376 GHz und fmax = 385 GHz bei einer Durchbruchsspannung von BVCEO > 4,5 V (siehe Abb. 2) auf. Gleichzeitig liefern die Transistoren eine Ausgangsleistung Pout > 14,2 dBm @ 77 GHz im Sättigungsbetrieb bei guter inhärenter 50 Ω-Anpassung. S-Parameter-Messungen an Leistungsverstärkern in Abb. 3 bestätigen die Übereistimmung mit dem 90 GHz-Schaltungsentwurf.
In einem laufenden Projekt wird der innovative Transistoraufbau dazu genutzt, um InP-basierte Schaltungen heterogen auf BiCMOS-Wafern zu integrieren.
Publikation
T. Al-Sawaf, C. Meliani, W. Heinrich, and T. Krämer, "W-Band Amplifier with 8 dB Gain Based on InP- HBT Transferred-Substrate Technology", Proc. German Microwave Conference, Ilmenau, Germany, 12–14 March 2012.
FBH-Forschung: 30.03.2012