Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 2 Jahren

11-2021

  • Text
  • Rf wireless
  • Hf technik
  • Verstaerker
  • Antennen
  • Mikrowellen komponenten
  • Lwl technik
  • Low power radio
  • Hf filter
  • Oszillatoren
  • Quarze
  • Emv
  • Messtechnik
  • Hf bauelemente
  • Antenna
  • Software
  • Wireless
  • Microwave
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Mikrowellentechnik

Mikrowellentechnik Schwerpunkt in diesem Heft: Aktive Bauelemente Aktive Bauelemente Halbleiter in Frage und Antwort Aktive Bauelemente sind die wichtigsten Akteure der Elektronik und Hochfrequenztechnik. Es handelt sich um Transistoren in verschiedenen Technologien oder digitale und analoge Chips ganz verschiedener Komplexität. Was ist ein Waver? Als Wafer bezeichnet man die runde, scheibenförmigen Basisplatte, auf der gleichzeitig hunderte bis tausende Chips mittels einer Maske erzeugt werden. Typischerweise hat ein Wafer 150 bis 300 mm Durchmesser. Wie viele Transistoren fasst ein Chip? CelsiStrip ® Thermoetikette registriert Maximalwerte durch Dauerschwärzung Diverse Bereiche von +40 bis +260°C GRATIS Musterset von celsi@spirig.com Kostenloser Versand DE/AT ab Bestellwert EUR 200 (verzollt, exkl. MwSt) www.spirig.com Die Spannweite reicht von wenigen Transistoren (Operationsverstärker, MMIC) bis vielen Millionen, ja Milliarden Transistoren (Speicher-Chip). Auf einem Chip mit der Größe eines Fingernagels können heute beispielsweise 10 Mrd. Transistoren untergebracht werden! Bis zu welchen Strukturgrößen ist man vorgedrungen? Die kleinsten Transistoren sind derzeit 5 nm groß. So groß sind etwa Moleküle. Viel kleinere Transistoren sind aus physikalischen Gründen nicht möglich. Bei 2 bis 3 nm sollte die Grenze erreicht sein. Was ist ein HEMT? Ein High Electron Mobility Transistor zeichnet sich durch seine herausragend kurzen Schaltzeiten aus. Ein HEMT hat mehreren Schichten, die auf ein Substratmaterial aufgebracht werden. Diese Schichten werden durch ein Banddiagramm charakterisiert. Es gibt mehrere Grundformen, die sich unterschiedlich gut für verschiedene Anwendungen eignen. Was ist ein HBT? Ein Heterojunction Bipolar Transistor ist ein verbesserter Bipolartransistor für Signale mit Frequenzen bis zu mehreren 100 GHz. Es handelt sich um einen npn-Transistor, bei dem die Basis aus einem Halbleitermaterial wie Galliumindiumphosphid (GaInP) oder Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) besteht. Was ist ein IGBT? Ein IGBT ist ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated-Gate Bipolar file: TI1CSmini-4346_2021 Transistor). Das Gate ist in seiner Struktur wie beim MOSFET dimension: (unipolarer 43 Transistor) x 46 mmangelegt. IGBTs ermöglichen das besonders schnelle Schalten 4C hoher elektrischer Ströme. Was sind die Vorteile von Galliumnitrid? GaAs-basierte Bauelemente sind Wegbereiter für Innovationen der Leistungselektronik oder der neuen Mobilfunksysteme. Hochauflösende LiDAR- Systeme, drahtlose Ladeschaltungen (Wireless Charging), Envelope-Tracking-Systeme für 4G/LTE sowie Anwendungen in der Medizin oder im Umfeld hoher Strahlungsbelastungen profitieren vom Mehrwert der ultraschnell schaltenden GaN- HEMTs. Was bedeutet die GaN-on-Si- Technologie? Die III-V-Halleitermaterialien und speziell die GaN-on-Si- Technologie bedeuten eine neue WBG-Halbleitertechnologie (Wide Band Gap) und sorgen für eine signifikante Verbesserung der konventionellen Si- und GaAs-Technologien. Die Wirtschaftlichkeit der Si-basierten Massenfertigung bleibt als ökonomischer Vorteil erhalten. Was ist ein MOSHEMT? In den letzten Jahren wurden die Hochfrequenzeigenschaften von High-Electron-Mobility-Transistoren kontinuierlich verbessert. Die Transistoren wurden immer schneller, indem die Gate-Länge auf bis zu 20 nm herunterskaliert wurde. Allerdings: Je dünner das Barrierenmaterial aus InAlAs wird, desto mehr Elektronen fließen vom ladungsführenden Kanal durch das Gate ab. Der klassische HEMT ist an seinem Skalierungslimit angelangt. Auch Silizium-MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) kennen dieses Problem, verfügen aber über eine Oxidschicht, die die ungewollten Leckströme länger unterbinden kann als beim HEMT. Forscher am Fraunhofer IAF haben die Vorteile von III/V-Halbleitern und Si-MOSFETs kombiniert. Entstanden ist eine der Metalloxid-Halbleiter-HEMT, kurz MOSHEMT. Damit ist es gelungen, einen Rekord in der maximalen Oszillationsfrequenz von 640 GHz zu erreichen. 14 hf-praxis 11/2021

Bauelemente MPS-MPQ6528-AEC1 94-GHz-Modul mit MOSHEMTs für die E-Band-Satellitenkommunikation (Quelle: Fraunhofer IAF) Was ist ein Multigate-FET? Als Multigate-FET (MuGFET) werden MOSFETs bezeichnet, die mehr als ein Gate besitzen, wobei diese über eine gemeinsame Elektrode angesteuert werden können, aber auch unabhängig von einander (dann MIGFET, Multiple Independent Gate FET genannt). Multigate-Transistoren sind neben Techniken wie getrecktes Silicium, Highk-Materialien und Silicon On Insulator ein Ansatz, mit dem sich die Miniaturisierung von Mikroprozessoren und Speicherzellen in der Halbleiterfertigung gemäß dem Mooreschen Gesetz fortführen lassen soll. Wie kann man die Packungsdichte noch steigern? Um noch mehr Transistoren auf eine bestimmte Chip-Fläche zu bekommen, nutzt man z.B. alternative Materialien oder versucht ein dreidimensionales Konzept. Wie läuft der Produktionsprozess ab? Die Halbleiterherstellung lässt sich grundsätzlich in die Phasen Layout & Design sowie Fertigung & Montage einteilen. Je mehr Transistoren genutzt werden, umso aufwendiger wird sukzessive der Entwurfsprozess. Hier ist jedoch nach Analog- und Digitalbereich zu unterscheiden. Im Digitalbereich vervielfältigt man im Prinzip ein Muster, während im Analogbereich komplett durch-designt werden muss, Vereinfachungen durch Duplizieren sind hier selten möglich. Designtools finden breiten Anwendungen und Simulationen sind in hohem Umfang zuverlässig möglich. Welche Bedeutung hat das Chipdesign? Das Chipdesign bietet das größte Wertschöpfungspotenzial im gesamten Prozess der Halbleiterproduktion. Zu Fertigung & Montage nutzt man bewährte Verfahren. Was ist ein Reinraum? Ein Reinraum bietet eine staubfreie Umgebung, eine stabile Temperatur und eine stabile Luftfeuchtigkeit. Die „Reinheitsvorschriften“ sind extrem streng. Folglich sind etwa die Belüftungsanlagen des Reinraums extrem aufwändig. Wie entsteht ein Chip? 1. Auftragen einer nichtleitenden Oxidschicht im Ofen bei etwa 1000 °C 2. Auftragen von Fotolack mit Zentrifugalkraft zwecks Schaffung einer lichtempfindlichen Schicht 3. Belichtung des Wafers durch die Fotomaske 4. weitere Belackung, Ätzung und Oxidation 5. Einbringen von Fremdatomen (Dotierung) 6. weitere Belackung, Ätzung 7. Ätzen von Kontaktlöchern 8. polieren 9. zersägen Was ist ein IDM? Immer weniger Unternehmen betreiben sowohl das Chipdesign als auch die Produktion. Man nennt sie Integrated Device Der Kleinste mit dem größten Bums! Der neue 60V H-Brücken- Gate-Treiber mit integrierter Ladungspumpe von MPS – mehr Power im kleinen Gehäuse 100 % Duty Cycle Konfigurierbarer Kurzschlussschutz (SCP) Überstromschutz (OCP) Unterspannung (UVLO) Einstellbare Totzeit (DT) Thermische Abschaltung mit Fehleranzeigeausgang Gehäuse: 4 x 5 mm AEC-Q100 qualifiziert hf-praxis 11/2021 15 15

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel