Wiener TU-Forscher ergründen neue Materialien für Transistoren

7. Jänner 2004, 12:35
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Zunehmende Verzwergung der Bauteile macht den Einsatz neuer Technologien nötig

London/Wien - Einem neuen Material für die Herstellung von Halbleitern sind Wissenschafter des Instituts für Materialchemie der Technischen Universität (TU) Wien gemeinsam mit deutschen Kollegen in einem EU-Projekt auf den Grund gegangen. Sie untersuchten in Computersimulationen Strontiumtitanat, dessen Einsatz eine weitere Verkleinerung von Transistoren aus Silizium verspricht. Die Ergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe der renommierten britischen Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Die Verzwergung von elektronischen Bauteilen stößt zunehmend an Grenzen, neue Materialien müssen her - soweit sind sich Wissenschafter und Technologen einig. "Ohne neue Materialien ist eine weitere Minituarisierung und damit die Erzeugung schnellerer Prozessoren ab etwa 2007 nicht mehr möglich, damit verbunden wäre ein de-facto Stillstand der gesamten Halbleiterbranche", erklärte dazu Clemens Först von der TU Wien gegenüber der APA.

Bei den bewährten Halbleitern auf Silizium-Basis ist es vor allem die für die Funktion eines Transistors wichtige Isolierschicht aus Siliziumdioxid, welche den Technologen Sorgen bereitet. Je kleiner die Bauteile, desto dünner muss nämlich auch die Siliziumdioxid-Schicht werden, um die korrekte Funktion eines Transistors weiter zu gewährleisten. Das Problem ist aber, dass Siliziumdioxid unter einer bestimmten Schichtdicke seine isolierenden Eigenschaften verliert. Es tritt der Quanteneffekt des so genannten Tunnelns auf, Leckströme würden zu einer erhöhten Leistungsaufnahme führen. "Ab einer Schichtdicke von etwa einem Nanometer (ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters, Anm.) wäre das intolerabel", erklärte der Forscher.

Nun sind schon vor einigen Jahren Wissenschafter auf die Idee gekommen, das Siliziumdioxid durch andere Materialien zu ersetzen, als einer der aussichtsreichsten Kandidaten gilt zur Zeit Strontiumtitanat. "Bisher wusste man nur, dass sich dieses Material passgenau aufbringen lässt, unklar waren aber die Eigenschaften sowie die Anordnung der Atome an der Grenzfläche", so Först. Beim Siliziumoxid war es bisher relativ einfach. Um die Schicht zu erzeugen, wurde das Siliziumsubstrat einfach bei hohen Temperaturen mit Sauerstoff oder Wasserdampf oxidiert, fertig war das Siliziumdioxid.

Für die neue Isolierung mittels Strontiumtitanat muss die Trägerschicht aus Silizium dagegen mit Strontium, Titan und Sauerstoff bedampft werden - und das auch noch in der richtigen Reihenfolge, die sich aus dem nun erlangten Verständnis der chemischen Prozesse an der Grenzschicht erklärt. Kommt nämlich der Sauerstoff zu früh ins Spiel, reagiert er mit dem Silizium, und es entsteht das unerwünschte Siliziumdioxid. Es braucht daher zuerst das Strontium, es sorgt für eine so genannte chemische Passivierung der Siliziumoberfläche, wie Först es ausdrückt. Erst dann kommen Sauerstoff und Titan dazu.

Durch die Computersimulationen an der TU wurden nun die wesentlichen Eckpunkte für das Wachstum von Strontiumtitanat auf Silizium definiert. Den Experimentalphysikern obliegt es nun, dieses Verständnis in technologische Prozesse umzusetzen. In einem weiteren Schritt ihrer Untersuchungen konnten die TU-Forscher jedenfalls zeigen, wie die elektrischen Eigenschaften eines Silizium-Strontiumtitanat-Verbundes in Einklang mit technologischen Anforderungen gebracht werden können. (APA)

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