Forschungsprojekte

Nanowire-Heterojunction Bipolar Transistor (NW-HBT)


Scientists: Lisa Liborius, Claudia Speich, Khaled Arzi, Artur Poloczek
Laufzeit: 04.2015 - 03.2017

Einleitung

Der sogenannte „bottom-up“ Ansatz bietet bei der Materialherstellung für (opto-)elektronische Bauelemente im Vergleich zur klassischen planaren Technologie einige wesentliche Vorteile. Neben einem effizienteren Einsatz der Quellmaterialien während der Epitaxie, können Materialwechsel bzw. Substrat- Schichtkombinationen realisiert werden, welche beim konventionellen Schichtwachstum auf Grund der Gitterverspannung so nicht möglich sind (z. B. III/V auf Si). Eindimensionale Strukturen, d. h. Elemente mit einer Beschränkung in zwei Raumrichtungen auf wenige 10 bis 100 nm (Nanodraht, Nanoröhre) sind bereits seit einigen Jahren Gegenstand der Forschung u. a. hinsichtlich ihrer elektrischen Transporteigenschaften und damit ihrer Eignung für zukünftige elektronische Bauelemente mit verbesserten Eigenschaften.

Arbeitsplan

Das Ziel des Vorhabens ist die erstmalige Realisierung sowie die messtechnische Charakterisierung von III/V Nanodraht-Heterostruktur Bipolartransistoren (HBTs) in axialer und in koaxialer Anordnung der Heteroübergänge. Das Material für beide Ansätze wird mittels der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) gewachsen. Im Fall der koaxialen Anordnung wird der Transistor im bottom-up Ansatz hergestellt, indem keimunterstützt Nanodrähte als Kern/Hülle-Strukturen gewachsen werden [1,2].

Abb. 1: Qualitative Abbildung der geplanten Struktur für koaxiale Übergänge (links) sowie REM-Aufnahmen eines geätzten GaAs/InGaP/GaAs Übergangs (rechts)

Des Weiteren sollen zusätzlich in diesem Projekt grundlegende Untersuchungen zu Materialkombinationen erfolgen, welche wegen der für die Transistorfunktion günstigen Eigenschaften eine Verbesserung der Performance versprechen, im konventionellen Schichtaufbau jedoch nur mit erheblichem Aufwand möglich wären [3]. Hierbei soll speziell für der Einsatz von n-GaN als Kollektor in Verbindung mit p-GaAs / n-AlGaAs als Basis/Emitter–Material in einer Kern/Hülle-Anordnung die Möglichkeit zum hybriden Wachstum von GaAs auf den Seitenfacetten von GaN-Nanodrähten untersucht werden.

Darüber hinaus werden für die Übergänge in axialer Richtung bekannte Schicht-HBT Systeme auf InP oder GaAs Basis herangezogen, welche anschließend mit nanoskaligen Hartmasken versehen und die Drahtstrukturen mittels hoch anisotroper Trockenchemie (RIE-ICP) im top-down Verfahren freigelegt werden. Dies ist notwendig, da die goldkeimunterstützte Herstellung von scharfen Materialwechseln unter Ausnutzung der VLS Wachstumsmethode sehr schwierig ist.

Abb. 2: Aktueller Status des vorgeschlagenen Technologieprozesses zur Herstellung von axialen NW-HBTs aus Schichten mit Isolation der n-Gebiete zur Kurzschlussvermeidung.

Unterstützt durch:

References

  1. C. Gutsche et. al., “n-Type Doping of Vapor-Liquid Solid Grown GaAs Nanowires”, Nanoscale Resarch Letters, 2011
  2. C. Gutche et. al., “Controllable p-Type Doping of GaAs Nanowires During Vapor-Liquid Solid Growth”, Journal of Applied Physics, Vol. 105, 2009
  3. S. Estrada, A. Huntington, A. Stonas, H. Xing, U. Mishra, S. DenBaars, L. Coldren, E. Hu; n-AlGaAs/p-GaAs/n-GaN heterojunction bipolar transistor wafer-fused at 550-750°C, Applied Physics Letters, Vol. 83, No. 3, 2003

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