Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weg vom Silizium - hin zum Germanium?

17.02.2010
Die Verwendung von Germanium als Grundmaterial für elektronische Schalter würde die Herstellung von schnelleren Chips mit einem höheren Integrationsgrad ermöglichen. Jedoch gibt es dabei noch eine Reihe von Problemen zu lösen.

Bisher war es nicht möglich, auf Germanium-Basis einen bestimmten Typ von Transistoren (NMOS) mit einem technologisch interessanten Integrationsgrad herzustellen. Zwei neuartige Verfahren, die Wissenschaftler aus dem FZD gemeinsam mit internationalen Kollegen erfolgreich einsetzten, schaffen hier Abhilfe.

Mit Germanium und einigen andere Halbleitern könnte man höhere Schaltgeschwindigkeiten als mit Silizium erreichen. Germanium ist besonders attraktiv, da es sich gut in existierende technologische Abläufe integrieren ließe. Es war das Grundmaterial der ersten Transistor-Generationen, bevor es Ende der 1960er Jahre von Silizium abgelöst wurde. Der Grund dafür waren die exzellenten elektronischen Eigenschaften der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter Silizium und seinem passivierenden und isolierenden Oxid. Dieser Vorteil kann jedoch bei weiterer Verkleinerung der Transistoren im integrierten Schaltkreis nicht mehr genutzt werden, da dann das Oxid durch sogenannte high-k Materialien ersetzt werden muss. Damit stellt sich auch die Frage nach dem Grundmaterial neu.

Durch das Einbringen von Fremdatomen wird die Leitfähigkeit von Halbleitern gezielt verändert. Eine Möglichkeit bietet hier die Ionen-Implantation (Ionen sind geladene Atome) mit nachfolgender Wärmebehandlung, Ausheilung genannt. Die Ausheilung des Halbleiter-Kristalls ist notwendig, da das Material während der Implantation stark geschädigt wird. Erst danach erhält man die gewünschten elektrischen Eigenschaften. Während mit diesen Methoden p-Kanal-Transistoren (PMOS) auf Germanium-Basis mit Abmessungen hergestellt werden können, die einer zukünftigen 22-Nanometer-Technologie entsprechen, ist das für n-Kanal-Transistoren (NMOS) bisher noch nicht gelungen. Der Grund hierfür ist die starke räumliche Umverteilung der Phosphor-Fremdatome, die zur Herstellung der n+-Gebiete verwendet werden müssen.

Physikern vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf ist es gelungen, nach der Ionen-Implantation von Phosphor in Germanium mit Hilfe einer speziellen Ausheil-Methode die Qualität des Germanium-Kristalls wiederherzustellen sowie gute elektrische Eigenschaften zu erzielen, ohne dass eine starke Umverteilung der Phosphor-Atome auftritt. Dazu wurde die Germanium-Probe mit einem kurzen Lichtblitz von nur wenigen Millisekunden Länge erhitzt. Dieser Zeitraum ist zu kurz für die sonst bei der Ausheilung beobachtete Diffusion der Phosphor-Atome. Die Lichtblitze werden in einer am FZD entwickelten Blitzlampen-Anlage erzeugt. Die Analyse der elektrischen und strukturellen Eigenschaften der Phosphor-dotierten Schichten im Germanium erfolgte in enger Zusammenarbeit mit dem belgischen Mikroelektronik-Forschungszentrum IMEC in Leuven und dem Dresdner Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien (CNT).

Eine alternative Methode zur Unterdrückung der Diffusion von Phosphor in Germanium untersucht ein internationales Team, dem neben anderen Wissenschaftlern aus Deutschland, Dänemark und den USA auch Physiker aus dem FZD angehören. Nach der Ionen-Implantation von Phosphor in Germanium wird die Probe erhitzt und dann mit Protonen bestrahlt. Es zeigt sich, dass die Protonen-Bestrahlung zu einer Reduktion der Phosphor-Diffusion führt. Die Ergebnisse dieser Experimente werden mit dem Einfluss bestimmter Gitterdefekte (Zwischengitter-Atome) erklärt, die jene Gitterdefekte (Leerstellen), welche für die Beweglichkeit der Phosphor-Atome verantwortlich sind, vernichten.

Die Experimente der Rossendorfer Physiker und ihrer Kollegen zeigen, dass es möglich ist, auf Germanium-Basis n-Kanal-Transistoren (NMOS) herzustellen, deren Abmessungen dem fortgeschrittensten Integrationsgrad entsprechen.

Veröffentlichungen
C. Wündisch, M. Posselt, B. Schmidt, V. Heera, T. Schumann, A. Mücklich, R. Grötzschel, W. Skorupa, T. Clarysse, E. Simoen, H. Hortenbach, "Millisecond flash lamp annealing of shallow implanted layers in Ge", in: Applied Physics Letters. 95 (2009), 252107.

DOI: 10.1063/1.3276770.

H. Bracht, S. Schneider, J. N. Klug, C. Y. Liao, J. Lundsgaard Hansen, E. E. Haller, A. Nylandsted Larsen, D. Bougeard, M. Posselt, C. Wündisch, "Interstitial-Mediated Diffusion in Germanium under Proton Irradiation", in: Physical Review Letters 103 (2009), 255501,

DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.255501.

Weitere Informationen
Dr. Matthias Posselt / Clemens Wündisch
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Tel.: 0351 260 - 3279 / - 3032
E-Mail: m.posselt@fzd.de / c.wuendisch@fzd.de
Pressekontakt
Dr. Christine Bohnet
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 | 0160 969 288 56
E-Mail: presse@fzd.de | http://www.fzd.de
Das FZD im Überblick
Das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) hat das Ziel, strategisch und langfristig ausgerichtete Spitzenforschung in politisch und gesellschaftlich relevanten Forschungsthemen wie Energie, Gesundheit, Struktur der Materie und Schlüsseltechnologien zu leisten. Folgende Fragestellungen stehen dabei im Mittelpunkt:
- Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
- Wie können Tumorerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?
- Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?
Diese Fragestellungen werden in strategischen Kooperationen mit Forschungs- und Industriepartnern bearbeitet. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Betrieb von sechs einmaligen Großgeräten, die auch externen Nutzern zur Verfügung stehen.

Das FZD wird als Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft von Bund und Land gefördert, verfügt über ein Gesamtbudget von mehr als 80 Mio. Euro (2009) und beschäftigt rund 800 Personen. Anfang 2011 wird das FZD in die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren wechseln.

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Sterngeburt in den Winden supermassereicher Schwarzer Löcher
28.03.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Das anwachsende Ende der Ordnung
27.03.2017 | Universität Konstanz

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: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit