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 Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung
17.07.2018 | Österreichische Akademie der Wissenschaften

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: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

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

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

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