Vortrag am 2. Dezember 2004 im Collegium Alexandrinum

Ort: Aula im Schloß, Erlangen, Schloßplatz 4

Zeit: 20.15 Uhr

Strukturen und Materialien für die nanoskalige Elektronik

PD Dr. Silke Christiansen

Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik Halle/Saale

Abteilung: Experimentalphysik II, Prof. U. Gösele

Rathenauplatz 14

06114 Halle

Der Vortrag wird eine mögliche Roadmap von der bestehenden planaren Siliziumtechnologie zu den physikalischen Grenzen einer nanoskaligen Elektronik vorstellen. Dabei werden evolutionäre, innovative und revolutionäre Konzepte für diese Technologie diskutiert.

Unter Evolution versteht man das kontinuierliche Skalieren der Bauelementdimensionen, d.h. der des einzelnen Transistors innerhalb der letzten 30 Jahre, das man für das exponentielle Wachstum der Halbleiterindustrie, dominiert von der Siliziumtechnologie verantwortlich macht. Denn mit diesem Skalieren liessen sich immer höhere Integrationsdichten und bessere Performance realisieren. Mit Bauelementdimensionen im sub-30-Nanometer Bereich erreicht man die Grenze zur weiteren Transistorskalierung in der planaren Siliziumtechnologie, insbesondere da sich die Energiedichte so drastisch erhöht, dass eine adäquate Wärmeabfuhr kostengünstig kaum länger möglich ist.

Dies hat zur Integration neuer Materialien und Bauelementarchitekturen geführt, d.h. zur Innovation in der Siliziumtechnologie. Zu den neuen Materialien zählt das ‚Silicon-on-Insulator’ (SOI), das verspannte Silizium, Silizium-Germanium und neue Isolatoren neben dem Siliziumdioxid. Neue nanoskalige Bauelementarchitekturen integrieren vertikale statt planare Transistoren um so durch ein Bauen in die dritte Dimension die Integrationsdichte zu erhöhen ohne die Bauelementdimensionen ans Limit zu führen.

Vertikale Transistoren können lithographisch im Silizium, d.h. ‚top-down’ hergestellt werden oder aber, und das ist Gegenstand aktueller Forschung, ’bottom-up’ durch das Wachstum von Siliziumnanodrähten auf geordneten Nanotemplaten.

Am Beispiel der Siliziumnanodrähte wird aufgezeigt welche Innovationsprozesse nötig sind um sie in die bestehende Siliziumtechnologie zu integrieren.

Zuletzt wird eine Prognose zur Notwendigkeit revolutionärer Konzepte, wie z.B. Quantencomputing in der Nanoelektronik abgegeben.

Stand: 29. November 2004