Hochschulschrift:
Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2016
Anmerkungen:
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Beschreibung:
Abstract: Die hervorragenden physikalischen Eigenschaften des Halbleiters Galliumnitrid (GaN) und der darauf basierenden AlGaN/GaN Heterostrukturen eignen sich besonders zur Prozessierung von leistungselektronischen Bauelementen. Die hohe Durchbruchsfeldstärke von GaN in Kombination mit der hohen elektrischen Leitfähigkeit eines polarisations-induzierten zwei-dimensionalen Elektronengases ermöglicht die Entwicklung von Transistoren mit hoher Sperrspannung, kleinem Durchlasswiderstand und kleinen Schaltladungen. Während die Materialeigenschaften und Technologien kontinuierlich verbessert werden, sollen auch beim Bauteilentwurf Fortschritte erzielt werden. <br>Diese Arbeit soll durch neue Ansätze beim Entwurf und bei der Charakterisierung von hocheffizienten GaN-Transistoren das enorme Potential dieser Technologie nutzbar machen. <br>Dazu werden „High-Electron-Mobility Transistors” (HEMTs) in ihren Betriebszuständen untersucht und ihr Verhalten in Bezug zu ihrer Bauteilstruktur analysiert. Hieraus ergeben sich neue Ansätze für den Entwurf dieser Leistungsbauelemente, die hier vorgestellt werden. <br>Ein Schwerpunkt liegt auf dem flächeneffizienten Entwurf von sehr niederohmigen GaN-Bauelementen. Auf der Basis eines analytischen Modells werden Konstruktionsmethoden für die Entwicklung hocheffizienter GaN-HEMTs abgeleitet. Neben dem Entwurf von interdigitalen Kamm-Strukturen werden neue Layouts für sehr großflächige Bauelemente vorgestellt. Die Layouts sind durch natürliche Flusssysteme inspiriert, wie eine fraktale Kamm-Struktur oder eine Kleeblatt-Struktur.<br>In vielen leistungselektronischen Anwendungen ist der rückleitende Zustand ebenfalls relevant. Da GaN-HEMTs keine intrinsischen „Body-Dioden” enthalten unterscheidet sich das Verhalten deutlich von herkömmlichen Leistungstransistoren. Diese Arbeit untersucht das Rückflussverhalten einer konventionellen HEMT-Struktur und stellt eine neue, verbesserte HEMT-Struktur mit integrierter Freilaufdiode vor