Dissertation (Die Unvollendete)

Zu Beginn des Jahres 1999 habe ich eine vierjährige Promotionsstelle als Wissenschaftlicher Angestellter in der Arbeitsgruppe Halbleitertechnik/Halbleitertechnologie unter der Leitung von Prof. Dr. Franz-Josef Tegude am Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik angetreten. Die Arbeitsgruppe ist der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik, der heutigen Universität Duisburg-Essen zugeordnet. Mit Ablauf des Vertrags zum Ende des Jahres 2002 verließ ich die Arbeitsgruppe ohne Doktortitel.

Das Fachgebiet Halbleitertechnik/Halbleitertechnologie ist mit moderner Reinraumtechnologie ausgestattet, verfügt über sehr gute Möglichkeiten der Epitaxie und in der Prozesstechnologie. Angefangen vom Schaltungsentwurf, der Erstellung des Schaltungs-Layouts, der Waferherstellung mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) und Molekurstrahlepitaxie (MBE), dem Processing (Belichten, Ätzen, Legieren) und der anschließenden elektrischen Charakterisierung im Hochfrequenzbereich bis 50 GHz kann der vollständige Entwicklungszyklus von mikroelektronischen Bauelementen und Schaltungen auf Basis von III/V-Verbindungshalbleitern mit Strukturbreiten bis zu 100 nm durchgeführt werden.

Meine Aufgabe war der Aufbau eines Hochfrequenzmessplatzes für den Zeitbereich. Im Rahmen meiner Forschungsarbeiten konnte ich einfache analoge und digitale Hochfrequenzschaltungen aus Verbindungshalbleitern wie Ringoszillatoren, Frequenzteiler, neuartige RTBT/NOR-Gatter und einen 1-Bit Volladdierer "on-wafer" bis zu 4 GHz hochfrequenzmäßig charakterisieren. Mit integrierten Frequenzteilern zur Lieferung eines entsprechenden Triggersignals für das verwendete Digitaloszilloskop wären auch Messungen bis maximal 50 GHz im Zeitbereich möglich gewesen. Nähere Informationen sind in den Veröffentlichungen nachzulesen. Die folgenden drei Abbildungen zeigen beispielhaft den aufgebauten Messplatz, die Elektronenmikroskopaufnahme eines Frequenzteilers und das erzielte Messergebnis.
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Digitalmessplatz

Ganz oben sehen Sie den Frequenzgenerator HP 8133A mit einer Ausgangsbandbreite von 3,5 GHz. Darunter befindet sich das 4-Kanal Digitaloszilloskop HP 54750A mit einer Eingangsbandbreite von 50 GHz und zwei Triggereingängen mit maximal 2,5 GHz. Der Digitalmessplatz Cascade Microtek Summit 9000 ist mit vier Positionierern und einem Mikroskop ausgestattet, um mittels Mikrometerschrauben die genaue Positionierung der HF-Spitzen auf den Kontaktpads der "on-wafer" Schaltungen zu ermöglichen. Die DC-Versorgungsspannungen werden über den Nord-Positionierer mit der Schaltung verbunden.
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Frequenzteiler

Die Aufnahme des Rasterelektronenmikroskop zeigt die Schaltung eines Frequenzteilers im konventionellen Design, bestehend aus neun Gattern und einem Ausgangsbuffer. Gesamtfläche 0,05 mm2
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Messergebnis

Die Die Messung bestätigt die Funktionstüchtigkeit der Schaltung bis zu einer Frequenz von 3,0 GHz. Die Frequenz des Eingangssignals (blaue Linie) hat sich halbiert (rote Linie).

Der Arbeitstitel meiner Dissertation lautete "Charakterisierung und Verbesserung von analogen und digitalen Hochfrequenzschaltungen auf Basis von III/V-Verbindungshalbleitern" (Die Unvollendete).
 
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