Minsta möjliga störning önskas
Som adjungerad professor på Chalmers kommer Hendrikus (Rik) Jos att forska inom halvledarteknologi och signaldistorsion, med inriktning på mobiltelefoner och trådlös datakommunikation. I dagsläget begränsas bandbredden för sådan kommunikation av dyr teknik, men nya lösningar för höga frekvenser kan göra tekniken billigare och mer tillgänglig.
Rik Jos är anställd på Philips och redan 2001, då företaget lade ned sin forskningsavdelning i New York, började han samarbeta med Chalmers. De sex timmar långa resorna från Nijmegen i Nederländerna till Göteborg är väl värda sin tid.
– Det är en stor fördel att kunna engagera sig i arbetet på Chalmers en hel vecka, då kan jag fokusera mig på ett bättre sätt än om jag var här en dag i veckan. Och jag är mycket glad att det är Chalmers jag arbetar med, med tanke på högskolans kvalitet. Dess rykte är mycket gott och renrummet är en stor och väldigt värdefull tillgång.
Områdena Rik ska forska på har han sysslat med under sin tid på Philips. När det gäller halvledarteknologin är det transistorer som är ämnet för Riks intresse. Det finns två sorters transistorer som kan komma ifråga för hans områden: bipolärtransistorn och FET, eller fälteffektstransistorn. De används i allt från kabelteveförstärkare till mobiltelefoner, och utsätts hela tiden för nya krav.
– Man behöver hela tiden sända mera data. Då krävs större bandbredd, men då blir också distorsionen viktigare att ha kontroll över.
Inuti en fälteffekt-transistor. I mitten sitter två LDMOS-chips (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor). Varje chip är ungefär 0, 6 x 1, 8 mm. Hela transistorn ger 70 W på 2 Ghz.
Simulerade konstruktioner
Men låg distorsion är inte den enda utmaningen, man vill ha en hög effektivitet på förstärkaren, och att få det samtidigt som låg distorsion är inte lätt. För att höja effektiviteten försöker man pressa förstärkaren nära sin maximala uteffekt. Vilket ökar risken för distorsion.
För att lösa problemet gör Rik försök med olika material i transistorn. Den vi känner mest är gjord av kisel, men i mobiltelefoner sitter det ofta transistorer av lika delar gallium och arsenik. Tillsammans bildar de en halvledare, precis som kisel. Det är de ämnena Rik försöker med. Arsenik är ett farligt ämne, men, säger Rik, transistorerna är säkra då arseniken är inbyggd i kristallform, och fabrikerna där transistorerna produceras har vidtagit omfattande försiktighetsåtgärder för att arbeta säkert.
När fler och fler produkter minskar i storlek för att bli bärbara måste transisto-rerna också bli mindre. Men det begränsar konstruktionen. De måste byggas på nya sätt. Då är det intressant att försöka förstå hur de olika konstruktionerna kommer att fungera, gärna innan man skapar de dyrbara skivorna av halvledare. Därför görs det simuleringar där man med ledning av gamla resultat försöker räkna ut hur den nya konstruktionen kommer att fungera. Det kan handla om hur de olika lagren av transistorn är uppbyggda, hur tjocka de är, eller vilka material man använder.
– Problemet är att man inte kan simulera distorsion, så det är något jag kan testa först när jag har en transistor.
Revolutionen fortsätter
Distorsionsforskning är inte bara en fråga om teknologi. Som Rik Jos har förklarat tidigare är även förstärkarens design av avgörande betydelse. Därför tittar han också på kombinationerna av kretskonstruktioner för förstärkaren och halvledaren för att förbättra distorsionen.
– Kombinationen av teknologi och design är vad som gör det här forskningsprojektet så spännande och mångfacetterat.
Att utmaningarna alltid utvecklas är också spännande. När ett problem är löst måste man komma på en ny lösning för ett nytt krav. Just nu är utmaningen att göra en stor bandbredd tillgänglig till ett lågt pris.
– Det har redan sagts av så många, att elek-troniken har revolutionerat våra liv. Jag tror att den utvecklingen kommer att fortsätta, inte minst inom trådlös kommunikation, och att vi kan se positivt på framtiden.
Intervjun gjordes 2004 av Peter Holst för skriften Ny kunskap.
En integrerad krets, MMIC (Monolithic Microwave Integra-ted Circuit), som innehåller en komplett tvåstegs-förstärkare som producerar 30 W på 1 GHz. Detta är en Philips-produkt under utveckling. Foto: PHILIPS
Fakta om vågor och Hertz
En mikrovåg har centimeteravstånd mellan topparna och svänger med hög hastighet, upp till 30 GHz. Vid högre frekvenser minskar våglängden och vid 100 GHz är den i millimeterstorlek. Högre frekvenser ger möjlighet till större bandbredd, därför är det intressant att hitta teknik och material som gör dem tillgängliga till ett lågt pris.
Bipolära transistorer och fälteffekttransistorer skiljer sig i funktion och egenskaper. Fälteffekttransistorn eller FET, till exempel CMOS, MESFET och pHEMT, passar bäst för trådlös kommunikation vid frekvenser över 3 GHz då det ger bättre bandbredd än bipolärteknik. Vid lägre frekvenser passar en bipolärtransistor av Gallium-Arsenik bättre då den ger mer effekt.
Distorsion betyder störning. Vid vanliga telefonsamtal kan det uppfattas som en förvrängning av rösten. Inom mikroelektronik kan distorsion på liknande sätt orsaka att data förvrängs och inte kan avläsas korrekt.