Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnelle Transistoren mit Oxiden

04.09.2006
Physiker der Universität Augsburg ersetzen herkömmliche Halbleitermaterialien durch Kristalle aus Oxiden.

Bauteile in der Mikroelektronik werden immer kleiner und leistungsfähiger. Herkömmliche, auf gewöhnlichen Halbleitern basierende Transistoren werden jedoch bald an die Grenzen der Miniaturisierung stoßen. Wie die Zeitschrift "Science" in ihrer neuesten Ausgabe von Science Express vorstellt, haben jetzt Physiker des Centers for Electronic Correlations and Magnetism (EKM), des Sonderforschungsbereichs 484 "Kooperative Phänomene im Festkörper" der Universität Augsburg, sowie der Penn State University, Pennsylvania (USA) einen neuen Weg zur Verkleinerung von Transistoren eingeschlagen. Sie haben gezeigt, dass sich besonders schnelle Transistoren, so genannte High-Electron-Mobility Transistoren (HEMTs), die normalerweise aus gewöhnlichen Halbleitern wie Silizium oder Galliumarsenid aufgebaut werden, auch mit Oxiden realisieren lassen.

Der große Vorteil der Oxide gegenüber Halbleitern besteht darin, dass sich die Oxide mit Materialeigenschaften herstellen lassen, wie zum Beispiel mit einer besonders hohen Dichte von Elektronen, die man mit Halbleitern nicht erzielen kann. Durch die Verwendung von Oxiden könnte in Zukunft eine noch stärkere Miniaturisierung dieser Transistoren möglich werden (Science Express, 24. August 2006).

Fügt man zwei Schichten aus verschiedenen Oxiden zusammen, so kann sich zwischen ihnen eine hauchdünne Grenzschicht ausbilden, die aus einer Elektronengaswolke besteht. In dieser Grenzschicht, die nur zwei Nanometer dünn ist, befinden sich die Elektronen in einem Quantenzustand, der die Bewegung senkrecht zu den Schichten blockiert. Dadurch kann dort der Strom nur parallel zu den Schichten fließen. Die Elektronen bilden also ein zweidimensionales Elektronengas. Aus diesem Grund sind sie sehr beweglich und schnell.

... mehr zu:
»Oxide »Transistor

Die Augsburger Physiker haben nun eine solche Grenzschicht zwischen den Oxiden Strontiumtitanat und Lanthanaluminat untersucht. Dazu stellten sie mittels eines Hochleistungslasers Doppelschichten dieser Oxide her, deren Dicke sie auf atomarer Skala genau einstellen konnten. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich die Leitfähigkeit des Elektronengases mit der Dicke der oberen Oxidschicht (Lanthanaluminat) sprunghaft ändert. Nachdem die Forscher eine, zwei oder drei Kristalllagen aus Lanthanaluminat, aufgebracht hatten, bildete sich eine hochgradig isolierende Grenzschicht. Eine Kistalllage ist hierbei nur 0,4 Nanometer dick. Beträgt die Dicke der Lanthanaluminat-Schichten aber vier Kristalllagen oder mehr, wird die Grenzschicht schlagartig leitfähig, dann allerdings sehr gut.

Wie die Augsburger Forscher vorschlagen, lässt sich dieses sprunghafte Verhalten hervorragend zum Bau von HEMTs nutzen. Da das Elektronengas in den Kristallen mit den drei Lagen zwar perfekt isolierend, aber dennoch fast leitfähig ist, lässt es sich überaus leicht durch eine elektrische Spannung die senkrecht zur Grenzfläche angelegt wird, in den leitfähigen Zustand schalten. Damit kann die gesamte Anordnung als Transistor verwendet werden und so als Verstärker und Schalter von elektrischen Strömen dienen.

Damit konnten die Augsburger Physiker S. Thiel, G. Hammerl, C. W. Schneider und J. Mannhart zusammen mit ihrem Kollegen A. Schmehl von der Penn State University zeigen, dass High-Electron-Mobility Transistoren nicht nur mit herkömmlichen Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumarsenid, funktionieren, sondern auch mit Oxiden. Die Oxid-HEMTs bieten hierbei ganz neue Perspektiven zur Miniaturisierung, da mehr Elektronen in der Grenzschicht zwischen den Lagen vorhanden sind und das Schalten in den leitfähigen Zustand durch einen so genannten Quantenphasenübergang noch verstärkt wird.

"Mit unseren Versuchen wollen wir neue Perspektiven in der Oxidelektronik eröffnen", sagt Professor Jochen Mannhart, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik VI der Universität Augsburg. "Zudem wird es wohl dadurch vielleicht möglich, Transistoren in der Mikroelektronik noch kleiner und effizienter als bisher zu bauen." (Thorsten Naeser)

KONTAKT UND WEITERE INFORMATIONEN

Prof. Dr. Jochen Mannhart
Lehrstuhl Experimentalphysik VI/EKM
Sonderforschungsbereich 484 (Kooperative Phänomene im Festkörper: Metall-Isolator-Übergänge und Ordnung mikroskopischer Freiheitsgrade)
Universität Augsburg
Tel.: +49 (0) 821 598 3651
Fax: +49 (0) 821 598 3652
jochen.mannhart@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-augsburg.de/exp5/ekm/ekm.shtml
http://www.physik.uni-augsburg.de/sfb484/
http://www.physik.uni-augsburg.de/exp6

Weitere Berichte zu: Oxide Transistor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!
22.09.2017 | Bergische Universität Wuppertal

nachricht Tanzende Elektronen verlieren das Rennen
22.09.2017 | Universität Bielefeld

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie