MOSHEMT – neuartige Transistor-Technologie erreicht Rekordfrequenzen

Verstärkerschaltung mit MOSHEMT-Transistoren bei 243 GHz.

Forschern am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist es gelungen, eine neue Art von Transistoren mit extrem hohen Grenzfrequenzen zu entwickeln: Metalloxidhalbleiter-HEMTs, kurz MOSHEMTs. Dafür haben sie die Schottky-Barriere des klassischen HEMTs durch ein Oxid ersetzt. Entstanden ist ein Transistor, der noch kleinere und leistungsfähigere Bauteile ermöglicht und bereits eine Rekordfrequenz von 640 GHz erreicht hat. Diese Technologie soll die Elektronik der nächsten Generation voranbringen.

In den letzten Jahren wurden die Hochfrequenzeigenschaften von High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs) kontinuierlich verbessert. Die Transistoren wurden immer schneller, indem die Gatelänge auf bis zu 20 nm herunterskaliert wurde. Allerdings stößt der HEMT bei diesen kleinen Strukturgrößen auf ein Problem: Je dünner das Barrierenmaterial aus InAlAs (Indium-Aluminiumarsenid) wird, desto mehr Elektronen fließen vom ladungsführenden Kanal durch das Gate ab. Diese unerwünschten Gate-Leckströme wirken sich negativ auf die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Transistors aus – weitere Transistorskalierungen werden dadurch unmöglich. Der klassische HEMT ist bei dieser Transistorgeometrie an seinem Skalierungslimit angelangt. Auch Silizium-MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) kennen dieses Problem. Allerdings verfügen sie über eine Oxidschicht, die die ungewollten Leckströme länger unterbinden kann als dies beim HEMT der Fall ist.