Resonanz-Tunneldioden und Heterobipolartransistoren in dynamischen Digitalschaltungen hoher Funktionsdichte

Abstract

Auf der Grundlage des Resonanz-Tunnel-Heterostruktur-Bipolar-Transistors (RTBT) werden dynamische Digitalschaltungen undArchitekturen vorgestellt, die sich durch eine hohe Funktionsdichte auszeichnen. Ausgehend von einer Analyse der elektrischen Eigenschaften stromgesteuerter Bauelemente (HBT, RTD) wird deren monolithische Verschmelzung zum dreipoligen RTBT dargelegt und anhand von bestehenden Schaltungstechniken analysiert. Durch die Erweiterung des Monostabil-Bistabilen- Logikelement (MOBILE) Konzepts durch den RTBT wird erstmalig ein dynamisches, stromgesteuertes Schaltungskonzept für Quantenbauelemente demonstriert, das die wesentlichen Anforderungen an eine robuste Logikfamilie erfüllt. Die Arbeit zeigt, dass das RTBT-MOBILE bereits die nötige schaltungstechnische Reife für den Einsatz in digitalen Schaltungen wie z.B. linearen Schwellwertgattern, die eine deutliche Reduzierung der logischen Tiefe und der Schaltungskomplexität ermöglichen, besitzt. Im Vergleich zu anderen III-V-Logikfamilien weist die RTBT-MOBILE Logik vergleichbare Schaltzeiten bei geringerer Bauelementanzahl und Verlustleistung auf. Die jüngsten, auf Siliziumhalbleitermaterial basierenden Erfolge von Interband- und Resonanz-Tunnelbauelementen zeigen ein vorhandenes Potential zur Schaltungsfertigung. Damit können die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten Schaltungskonzepte und Designstrategien in die Siliziumtechnologie überführt werden.