Forskning EMN

Antenner och vågor

I ett trådlöst system utgör antennen gränssnittet mellan den elektriska kretsen och vågor som fortplantar sig i det omgivande mediet. Ur ett systemperspektiv verkar antennen under flera grundläggande begränsningar vad gäller tillgänglig bandbredd, förstärkning m.m. i förhållande till exempelvis tillgänglig volym eller komplexiteten i anpassningsnätet. Vågutbredning och växelverkan med en komplex omgivning är svår att modellera och kräver omfattande simuleringar, mätningar och noggrann matematisk analys.

• Lundgren, J., Helander, J, Gustafsson, M., Sjöberg, D, Xu, B., Colombi, D.: A Near-Field Measurement and Calibration Technique: Radio-Frequency Electromagnetic Field Exposure Assessment of Millimeter-Wave 5G Devices, IEEE Antennas and Propagation Magazine 63 (3), 77-88, 2021.
   
• Jelinek, L., Gustafsson, M., Capek, M., Schab, K.: Fundamental bounds on the performance of monochromatic passive cloaks, Optics Express 29 (15), 24068-24082, 2021.

Metamaterial

Metamaterial kombinerar olika material med variationer på meso- och mikroskopisk skala, vilket möjliggör exceptionell prestanda på makroskopisk nivå när de är korrekt designade. Vi studerar de fundamentala begränsningarna för dessa materialklasser, samt deras effektiva design och tillämpningar, såsom funktionella material med frekvens- och polarisationsselektiva egenskaper. Detta innefattar både utveckling av avancerade simuleringsmodeller samt tillverkning och experimentell verifiering.

• Lundgren, J., Gustafsson, M., Sjöberg, D. and Nilsson, M. IR and metasurface based mm-wave camera. Applied Physics Letters, 118(18), p.184104. (2021)
   
• Ericsson, A., Sjöberg, D., Gerini, G., Cappellin, C., Jensen, F., Balling, P., Fonseca, N.J. and de Maagt, P.. A Contoured-Beam Reflector Satellite Antenna Using Two Doubly Curved Circular Polarization Selective Surfaces. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 69(2), pp.658-671. (2020)

Nanoelektronik för IoT

Sakernas internet, Internet of Things (IoT) kräver ett stort antal enheter som innehåller sensorer och beräkningskomponenter och som kan utbyta data med andra enheter och system via trådlösa anslutningar, internet eller andra kommunikationsnät. Eftersom de flesta enheter är batteridrivna krävs elektroniska komponenter och kretsar med låg energiförbrukning. Vi utvecklar nya tunneleffekttransistorer baserade på heterostrukturer i III–V-nanotrådar, som utnyttjar kvantmekanisk tunnling som energifilter för elektroner. Detta möjliggör mycket låg energiförbrukning tack vare en skarp överföringskarakteristik, vilket är idealiskt för lågeffekttillämpningar.

• E Memisevic, J Svensson, M Hellenbrand, E Lind, LE Wernersson. Electron Devices Meeting (IEDM), 2016 IEEE International, 19.1. 1-19.1. 4, (2016)
   
• Krishnaraja, A., Svensson, J., Memisevic, E., Zhu, Z., Persson, A. R., Lind, E., Wallenberg, L. R. & Wernersson, L. E., ACS Applied Electronic Materials. 2, 9, p. 2882-2887 6 p (2020)

Neuromorf beräkningsteknologi

Artificiell intelligens och djupinlärning har blivit centrala verktyg i ett smart och digitaliserat samhälle. För dessa datatunga tillämpningar räcker den traditionella von Neumann-arkitekturen inte till, och nya hårdvaruarkitekturer behövs. Neuromorfa beräkningssystem efterliknar den biologiska hjärnans parallellism och konnektivitet i elektronisk hårdvara, genom att använda memristiva komponenter på nanoskala för att uppnå artificiella synaptiska och neurala funktioner. Vi utforskar ferroelektriska och redoxbaserade resistiva memristorer i kombination med III–V-halvledare för att realisera energieffektiva neuromorfa system.

• Athle, R., Persson, A.E.O., Troian, A., Borg, M., “Top Electrode Engineering for Freedom in Design and Implementation of Ferroelectric Tunnel Junctions based on Hf1-xZrxO2", ACS Applied Electronic Materials, 4, 3, 1002–1009 (2022)
   
• Mamidala, S.R., Persson, K.-M., Irish, A., Jönsson, A., Timm, R., Wernersson, L.-E., “High-density logic-in-memory devices using vertical indium arsenide nanowires on silicon”, Nature Electronics 4, 914-920 (2021)

Kvantteknik

Rent kvantmekaniska effekter såsom sammanflätning, superposition och supraledning kan användas för att bygga elektroniska komponenter och system med prestanda som överstiger vad som är möjligt med klassiska elektroniska komponenter. Dessa kvanteffekter är ofta känsliga och kräver mycket låga temperaturer. Vi studerar, utvecklar och utvärderar supraledar-/halvledarkomponenter för kvantdatorer samt traditionella förstärkarkretsar. Vi undersöker även beteendet hos konventionella elektroniska komponenter vid kryogena temperaturer.

• Södergren, L., P. Olausson, and E. Lind. "Cryogenic Characteristics of InGaAs MOSFET." IEEE Transactions on Electron Devices 70.3 (2023): 1226-1230.
   
• Olausson, L., Olausson, P., & Lind, E. (2024). Gate-controlled near-surface Josephson junctions. Applied Physics Letters, 124(4).

THz- och kraftelektronik

Högfrekvenselektronik och effektiv kraftelektronik är viktiga för en rad vardagliga tillämpningar, såsom signalöverföring för bredbandskommunikation, kompakta radarsystem och elnätet. Vi undersöker hur (ultra)breda bandgapmaterial kan användas för att konstruera mycket effektiva och skalbara switchar med genombrottsspänningar över 1,2 kV. Särskilt fokus ligger på nya material och komponentgeometrier. I den andra änden av spektrumet studerar vi material med små bandgap för implementering av (ultra)lågbruskomponenter i högfrekventa system, med inriktning mot teknikutveckling och kretsdesign.

• S. Andrić, L. O. Fhager and L. -E. Wernersson, "Millimeter-Wave Vertical III-V Nanowire MOSFET Device-to-Circuit Co-Design," in IEEE Transactions on Nanotechnology, vol. 20, pp. 434-440, doi: 10.1109/TNANO.2021.3080621 (2021)
   
• Gribisch, Philipp, et al. "Capacitance and Mobility Evaluation for Normally-Off Fully-Vertical GaN FinFETs." IEEE Transactions on Electron Devices (2023).