An der TU Wien hat man eine neue Methode entwickelt, um Nanodefekte in Halbleiterstrukturen zu erforschen. Diese Methode wird nun in einem neuen Labor eingesetzt, das gemeinsam mit Industriepartnern betrieben wird.
Nanodefekte in der Halbleiterstruktur lassen sich nie vollständig vermeiden. Je kleiner die elektronischen Bauteile, desto stärker wirken sich diese Nanodefekte auf die Leistungsfähigkeit der Technologie aus. Der Erforschung dieses Problems nahm sich das neue Labor an der TU Wien an. Es handelt sich um ein sogenanntes Christian Doppler Labor, das in Kooperation von Wissenschaft und Wirtschaft betrieben wird. Die Finanzierung erfolgt durch das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort sowie die Industriepartner Infineon Technologies Austria AG und Global TCAD Solutions. Dazu Dr. Margarete Schramböck, Bundesministerin für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort:
„Halbleitermaterialien gehören zu den Grundlagen der Digitalisierung (…) diese wichtigen Materialien noch besser zu machen (…) stärkt unsere Unternehmen in einer Zukunftsbranche und gleichzeitig den Wissenschaftsstandort Österreich.“
In der Halbleitertechnik werden verschiedene Materialien eingesetzt. Im Forschungsprojekt konzentriert man sich auf vielversprechende Materialien aus der Hochleistungselektronik: Silizium und Siliziumcarbid.
Charakteristisch für Haltleitermaterialien ist eine regelmäßige Kristallstruktur. Unvermeidbare Defekte entstehen,
- wenn sich einzelne Atome nicht in die Geometrie einordnen;
- an Grenzflächen verschiedener Materialien;
Die Fehlstellen an der Kristallstruktur können das elektrische Verhalten eines Bauteils entscheidend verändern. Zum Beispiel können diese ein Elektron einfangen, es später wieder abgeben und somit den Stromfluss durch einen Transistor verändern.
Nano-Effekte messbar machen
„In größeren Halbleiterstrukturen konnte man bisher nur die Überlagerung von vielen Nanodefekten beobachten. Einzelne Defekte und ihre Ursache ließen sich nicht genau erforschen“, erklärt Laborleiter Michael Waltl vom Institut für Mikroelektronik der TU Wien. Er hat das Ziel diese einzelnen Effekte in größeren Transistoren messbar zu machen – und das ohne die Struktur des Bauteils wesentlich zu verändern:
Die Transistoren werden mit zusätzlichen elektrischen Kontakten versehen, um den Pfad des Stroms mit der elektrischen Spannung gezielt zu beeinflussen. So können einzelne Defekte lokalisiert und deren Auswirkung beobachtet werden. Auch die kombinierte Wirkung einzelner atomarer Defekte kann genau gemessen und erklärt werden.
Darüberhinaus ermöglicht die neue Methode auch die Messung besonders kleiner elektronischer Bauteile. Schon die Auswirkung eines einzigen Fehlers in der Atomstruktur ist messbar.
Nano-Effekte erklären
Speziell an der Forschungsmethode ist das Zusammenspiel zwischen Theorie und Praxis. Zusätzlich zu den Messungen werden die Strukturen am Computer simuliert, um die Messergebnisse auch erklären zu können. Experiment, Theorie und Simulation greifen ineinander, erklärt Waltl. Die Vereinigung der drei Bereiche im selben Labor ermöglicht eine effizientere Untersuchung von Fragestellungen als in Labors, welche entweder auf das Experiment oder die Simulation konzentriert sind.
Über Christian Doppler Labors
Die Christian Doppler Forschungsgesellschaft wurde nach dem gleichnamigen österreichischen Mathematiker und Physiker (1803-1853) benannt, der mit dem Dopplereffekt und der Dopplertemperatur bekannt wurde. Die Forschungsgesellschaft agiert als Verein. Zweck ist es, die Kooperation von Wissenschaft und Wirtschaft zu fördern. Die Finanzierung erfolgt durch die öffentliche Hand und die beteiligten Unternehmen. Wichtigster Fördergeber ist das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort.
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