Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Europäisches Forschungskonsortium für Transistoren der nächsten Generation

21.09.2001


Grenzfläche zwischen einer Schicht aus Bleizirkonat-Titanat (oben) und einem Silizium-Wafer (unten) in einer Nanostruktur von weniger als 100 nm Kantenlänge ( Transmissionselektronenmikroskop ). Foto: Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik


Die TU Clausthal und das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik beteiligen sich mit sechs weiteren Partnern an der Entwicklung neuer Werkstoffe für die weitere Miniaturisierung von Transistoren. Das europäische Forschungskonsortium INVEST will mit Hilfe neuer Materialien die technologischen Schranken für eine weitere Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen überwinden. Das Projekt startete im Juli 2001 und wird im fünften Rahmenprogramm der Europäischen Kommission zur Informationsgesellschaft gefördert. INVEST (Integration of very high-k dielectrics with silicon CMOS technology) steht für "Integration dielektrischer Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante in die Silizium-CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)-Technologie", die dominierende Herstellungstechnik für Mikroprozessoren.

Ein Transistor gleicht einem einfachen Ventil oder Schalter, bei dem mit einer angelegten Spannung der Strom ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Spannung erzeugt auf beiden Seiten einer isolierenden Schicht Ladungsträger, die für das Fließen des Stroms benötigt werden. Die fort-schreitende Miniaturisierung elektronischer Bauelemente ermöglicht immer höhere Prozessorgeschwindigkeiten und einen geringeren Stromverbrauch. Gleichzeitig sinken die Herstellungskosten erheblich. Doch Größe und Leistungsmerkmale eines Transistors hängen in einem Halbleiterbauelement ganz wesentlich von der sehr dünnen elektrisch isolierenden Schicht im Transistor, dem so genannten Gatteroxid, ab. Seit etwa drei Jahrzehnten wird dafür Siliziumdioxid eingesetzt.

Mit zunehmender Miniaturisierung der Transistoren wird auch die Isolierschicht immer dünner. Ist die Schicht zu dick, entsteht nicht mehr die erforderliche Anzahl von Ladungsträgern und nach dem Einschalten des Transistors fließt kein ausreichend starker Strom. Wenn die Schicht eine Dicke von nur noch wenigen Atomlagen hat, verliert sie ihre isolierenden Eigenschaften, sodass Leckströme das präzise Schalten des Transistors verhindern.

Diese Probleme treten mit dem herkömmlichen Werkstoff Siliziumdioxid auf und sollen durch den Einsatz neuer isolierender Materialien, die eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen, gelöst werden. Diese Materialien können in dickeren Schichten eingesetzt werden und erzeugen dennoch genügend Ladungsträger beim Einschalten des Transistors.

Im Mittelpunkt des INVEST-Projekts steht deshalb die Einführung neuer Metalloxide mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstanten "k" (größer als 20) als Gatteroxid. Damit produzierte Transistoren sollen trotz ihres relativ dicken Gatteroxids (3-10 nm) die Leistungsmerkmale von Bauelementen aufweisen, die auf der Basis von Siliziumdioxid nur mit ultradünnen Schichten von 2 nm erzielt werden könnten.

Die Wissenschaftler von INVEST gehen davon aus, dass die neuen Metalloxide es erlauben, die seitlichen Ausdehnung der Transistoren von gegenwärtig 130 bis auf 50-100 Nanometer zu reduzieren. Erste Resultate des INVEST Konsortiums sind bereits viel versprechend. Doch bis die neuen Materialien in dem hoch entwickelten und optimierten Herstellungsprozess für Mikroprozessoren eingesetzt werden, sind noch viele wissenschaftliche und technische Herausforderungen zu bewältigen.

Das INVEST Projekt wird sich auseinandersetzen mit den Eigenschaften der neuen Materialien, der Qualität der Grenzflächen zur Isolierschicht, den Anforderungen an die Herstellungstechnik, den Leistungsmerkmalen und der Lebensdauer der Transistoren sowie mit der Integration und Verträglichkeit zu der heute vorherrschenden CMOS Herstellungstechnologie.

Um komplexe Metalloxide als Gatteroxide direkt auf Silizium aufwachsen zu lassen, setzt INVEST auf die so genannte Molekularstrahlepitaxie (MBE). Diese ermöglicht es, Materialien gewissermaßen Atomlage für Atomlage aufzubauen. Konkret soll die Molekularstrahltechnologie für neue Gatteroxide bei der Herstellung von 20 cm großen Wafern eingesetzt werden. Wafer sind Siliziumscheiben, die als Trägermaterial für integrierte Schaltkreise (Chips) dienen. Sie können eine Vielzahl von Chips aufnehmen. Erst nach deren Funktionsprüfung werden die einzelnen Chips dann vom Wafer abgetrennt.

Die Molekularstrahlepitaxie wird heute bereits zur Herstellung von "III-V Halbleitern" wie zum Beispiel Galliumarsenid eingesetzt. Das Team von INVEST hofft, diese Methode nun auch in den komplizierten Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen auf Siliziumbasis einführen zu können. Innerhalb von zwei Jahren sollen dafür geeignete Materialien identifiziert sein. Nach drei Jahren will man so viele Erfahrungen mit den neuen Gatteroxide gesammelt haben, dass sie nach 2005 eingesetzt werden können. INVEST soll damit die weltweite Vorreiterrolle Europas bei MBE-Geräten stärken und die Grundlagen für eine neue Generation von Herstellungsgeräten für Oxidfilme legen.

Die Abteilung von Prof. Blöchl an der Technischen Universität Clausthal beteiligt sich an dem Projekt mit ab-initio Simulationen des Materialwachstums sowie der Bindungsverhältnisse und der Atomstruktur in den neuen Materialien. Die Mitarbeiter um Prof. Gösele vom Hallenser Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik bringen ihre Kompetenz in der Transmissionselektronenmikroskopie und der elektrischen Messtechnik ein, mit der die Qualität neuartiger Oxid-Silizium-Grenzflächen detailliert untersucht werden soll.

Weitere Mitglieder des Forschungskonsortiums sind das IBM Forschungslabor Zürich in der Schweiz, die Philips AG, vertreten mit ihrer Forschungseinrichtung in Leuven, Belgien, zwei Ultrahochvakuumkomponentenhersteller (RIBER S.A, Frankreich, und Oxford Applied Research Ltd., Großbritannien), ein unabhängiges Forschungszentrum, das sich auf die Entwicklung mikroelektronischer Prozesslinien spezialisiert hat (Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum, Belgien), sowie zwei weitere akademischen Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Material- und Ingenieurwissenschaften, das Nationale Forschungszentrum "Demokritos", Griechenland, und das Nationale Institut für Festkörperphysik, Italien.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Peter E. Blöchl
Institut für Theoretische Physik
Technische Universität Clausthal
Leibnizstr. 10
38678 Clausthal Zellerfeld
Tel: 0 53 23 / 72 - 20 21
Fax: 0 53 23 / 72 - 31 16
E-Mail: Peter.Bloechl@tu-clausthal.de

Dr. Marin Alexe
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
Weinberg 2
06120 Halle/Saale
Tel: 03 45 / 55 82 - 7 05
Fax: 03 45 / 55 11 - 2 23
E-Mail: malexe@mpi-halle.de

Dr. Athanasios Dimoulas, Projectmanager INVEST
Demokritos
P.O. Box 60228
EL-15310 Athen
Griechenland
Tel: 0030-1/6503340
Fax: 0030-1/6519430
E-Mail: dimoulas@ims.demokritos.gr

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

Weitere Berichte zu: Forschungskonsortium Gatteroxid Invest Miniaturisierung Schicht Transistor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Diagnose per Computer: Gefährliche Krankheitserreger mithilfe maschinellen Lernens erkennen
23.05.2018 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Frühwarnsystem RAWIS in Katastrophenübung mit THW final getestet
23.05.2018 | Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

23.05.2018 | Physik Astronomie

Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie

23.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics