Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Siliziumdioxid am Ende seiner Kräfte

05.01.2004


Wissenschaftler der Technischen Universitäten in Clausthal und Wien erforschten mittels Computersimulationen neues Material für noch kleinere und leistungsfähigere Transistorengenerationen.


Atomare Strukturen von SrTiO3/Si(001) Grenzschichten: Struktur A (links),nichtoxidierte Grenzschicht; Struktur B (rechts) , oxidierte Grenzschicht.



Die wissenschaftlichen Erkenntnisse von Clemens J. Först, Karlheinz Schwarz - beide TU Wien - und Christopher R. Ashman sowie Peter E. Blöchl von der TU Clausthal wurden in der aktuellen Ausgabe von "Nature" unter dem Titel "The interface between silicon and a high -k oxide" publiziert (Nature 427, 53 (2004)).



Je kleiner die Transistoren, desto schneller können sie schalten. Dadurch werden auch die Prozessoren immer schneller. Damit ein Transistor funktioniert, benötigt man eine dünne, isolierende Schicht, das Gatteroxid. Diese Schicht wird in wenigen Jahren nur noch ein Fünfzigtausendstel eines menschlichen Haares "dick" sein. Setzt man wie bisher Siliziumdioxid als Gatteroxid ein, kann man in einigen Jahren die Transistoren nicht mehr verkleinern und damit keine noch schnelleren Chips erzeugen. Weltweit zerbrechen sich Wissenschaftler seit Jahren den Kopf, wie der Weg der Miniaturisierung dennoch weiter beschritten werden kann. So einfach die Lösung klingt, so schwierig ist ihre Verwirklichung: ein neues Material muss her.

Ist Siliziumdioxid - allgemein als Fensterglas bekannt - nur noch wenige Atomlagen dick, verliert es seine isolierende Eigenschaft. Im Transistor entsteht eine Art Kurzschluss. Also benötigt man ein Material, mit dem eine dickere und damit isolierende Schicht erzeugt werden kann, das sich aber sonst wie eine ultradünne Schicht à la Siliziumdioxid verhält. Das Ziel sollen ja noch kleinere und leistungsfähigere Transistoren sein. Strontiumtitanat hat sich dabei als einer der aussichtsreichsten Kandidaten herauskristallisiert. Bisher kannte man jedoch nur das Kochrezept, nicht aber das Zusammenwirken der einzelnen Zutaten. Dieses Wissensdefizit stand einer gezielten Weiterentwicklung im Weg... Dem Forscherteam aus Wien und Clausthal ist es nun erstmals gelungen, genau dieses Zusammenwirken herauszufinden. Sie können dank Computersimulationen den Herstellungsprozess der Oxidschicht erklären und damit aufzeigen, wie man deren elektrische Eigenschaften beeinflussen kann.

Die wissenschaftlichen Erkenntnisse von Clemens J. Först, Karlheinz Schwarz - beide TU Wien - und Christopher R. Ashman sowie Peter E. Blöchl von der TU Clausthal wurden in der aktuellen Ausgabe von "Nature" unter dem Titel "The interface between silicon and a high -k oxide" publiziert (Nature 427, 53 (2004)).

"Computersimulationen bringen Licht in atomare Dimensionen, bei denen man sonst weitgehend blind war," erklärt Prof. Blöchl von der TU Clausthal. Dank der Computersimulationen ist es dem Forscherteam gelungen, Atom für Atom aufzuklären, wie ein neues Gatteroxid - nämlich Strontiumtitanat - auf einen Siliziumwafer aufgebracht werden kann. "Man kann sich den Verbund aus Silizium und Strontiumtitanat wie zwei aufeinander gesteckte Legobausteine vorstellen", erklärt Clemens Först von der TU Wien das wesentliche Resultat. Festkörperoberflächen weisen ein charakteristisches atomares und elektronisches Muster auf, das durch die Anordnung der Atome bestimmt ist. Das Ladungsmuster der Oxidschicht, vergleichbar mit dem Steckmuster eines Legobausteines, passt zu dem Muster der mit Strontium abgesättigten Siliziumoberfläche.

Zukunftsweisend sind die Erkenntnisse der Forscher aus Wien und Clausthal auch in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften. Vergleichbar mit einem Damm, der Wasser aufhält, stellt das Oxid eine Barriere für Elektronen dar. Je höher diese Barriere ist, desto besser sind die isolierenden Eigenschaften. Die Wissenschafter konnten erstmals zeigen, dass die Barriere durch chemische Prozesse an der Grenzfläche entscheidend vergrößert werden kann. Dadurch können die Eigenschaften der Gatteroxide in Einklang mit technologischen Anforderungen gebracht werden.

Die Forschungsarbeit wurde im Rahmen des internationalen Forschungskonsortiums - Integration of very high-k dielectrics with silicon CMOS technology (INVEST) durchgeführt. Das Projekt wird vom 5. Rahmenprogramm für Technologie der Informationsgesellschaft (IST) der Europäischen Kommission gefördert.

Rückfragehinweis:

Mag. Clemens Först
Institut für Materialchemie
Technische Universität Wien
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
Tel.: (+43) 01-58801-15677, Fax.: -15698
eMail: clemens.foerst@tuwien.ac.at

Prof. Peter E. Blöchl
Institut für Theoretische Physik
Technische Universität Clausthal
Leibnizstraße 10, D-38678 Clausthal-Zellerfeld
Tel. 05323 - 722021, Fax: - 723116
eMail: Peter.Bloechl@tu-clausthal.de

Jochen Brinkmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.pt.tu-clausthal.de/atp

Weitere Berichte zu: Gatteroxid Schicht Siliziumdioxid Transistor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Smart Living: VDE-Institut entwickelt Cloud-basierte interoperable Testplattform
15.02.2017 | VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.

nachricht Saarbrücker Informatiker machen „Augmented Reality“ fotorealistisch
15.02.2017 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie