Ein wesentlicher Trend in der Mikroelektronik ist die ständige Verkleinerung ("Scaling") der Bauteile um eine Erhöhung der Taktfrequenz zu erreichen und die Herstellungskosten pro Chip zu senken. Die Skalierung wird jedoch mit jeder neuen Technologiegeneration zunehmend schwieriger, da bestimmte Bauteilparameter wie z.B. die Unterschwellstromsteigung oder die Weite der Raumladungszonen nicht mitskalieren. Viele Eigenschaften des konventionellen MOSFET verschlechtern sich bei extremer Skalierung in den Nanometerbereich und es wird mit abnehmender Kanallänge immer schwieriger, den MOSFET auszuschalten.
Um die damit verbundenen inakzeptablen Leckströmen in zukünftigen integrierten Schaltungen (IC) zu verringern, wird intensiv an neuen Bauteilkonzepten geforscht. Ein vielversprechender Anwärter, als Alternative zum MOSFET ist der sogenannte vertikal integrierte Tunnelfeldeffekttransistor (TFET) mit „bottom-up“ synthetisierten Nanodrähten. In diesen TFETs können die Kurzkanaleffekte unterdrückt werden und sie ermöglichen darüber hinaus Unterschwellstromsteigungen über der maximal für konventionelle MOSFET möglichen Grenze von 60 mV/dec. Die quasi eindimensionale Geometrie ermöglicht dabei eine ideale elektrostatische Kontrolle des Bauteilkanals und einen hierarchischen 3D Aufbau der ICs.
Mit dem sogenannten vapor-liquid-solid (VLS) Verfahren können in-situ dotierte Nanodrähte aber auch radiale als auch axiale Nanodrahtheterostrukturen erzielt werden auch bei Materialsystemen die aufgrund der ungeeigneten Gitteranpassung in Schichtsystemen nicht realisiert werden können. Solche axiale Nanodrahtheterostrukturen ermöglichen nun die elektronische Bandstruktur durch die Dotierung in Richtung des Stromtransportes zu verändern und damit asymmetrische Bauteile zu realisieren. Im Hinblick auf TFETs mit p-i-n Heterostrukturen muß dieser Übergang der Dotierung sehr scharf und im Falle der bandstrukturmodulierten, axialen Nanodrahtheterostrukturen das Interface möglichst glatt sein. Silizid/Germanid-Halbleiterübergänge in Nanodrähten zeigen sogar atomar scharfe Übergänge. Im Rahmen dieses Projektes sollen daher p-i-n dotierte Nanodrähte aber auch solche Silizid/Germanid-Halbleiternanodrahtübergänge im Hinblick auf Ihre Eignung für TFETs untersucht werden.
Dazu kombinieren wir (a) vier Forschergruppen aus Frankreich und Österreich und (b) implementieren material- und/oder dotiermodulierte Nanodrähte als auch Silizid/Germanid Heteroübergänge in axialen Nanodrahtstrukturen in TFETs.
Die Synthese der dotiermodulierten Nanodrahtstrukturen erfolgt im VLS Verfahren hauptsächlich am “Laboratoire des Technologies de la Microélectronique” in Grenoble und die Silizid/Germanid- Halbleiterheterostrukturen werden durch eine kontrollierter Phasenumwandlung durch Diffusion am Institut für Festkörperelektronik an der TU Wien in Wien erzeugt.
Folgende 3 Materialsysteme werden vorrangig untersucht: axiale Nanodrahtheterostrukturen aus (i) Si und Ge mit p-i-n Dotierprofil (ii) Nanodrahtheterostrukturen aus Si und Ge als auch Si/Ge Legierungen (iii) Heterostrukturen von Si und Ge unterschiedlicher Dotierungen und den entsprechenden Siliziden und Germaniden von Pt, Ni, Cu und Co.
Diese Nanodraht Heterostrukturen werden durch umfangreiche Stukturuntersuchungen unter anderem mit Transmissionselektronenmikroskopie, Röntgenstrahldiffraktometrie und konfokaler Raman-mikroskopie charakterisiert um die optimalen Syntheseparameter zu ermitteln.
Die Hauptaufgabe dieses Projektes ist aber die Untersuchung der Wechselbeziehung zwischen den Strukturen und deren elektronischer Funktionalität, um diese für neue elektronischen Bauteilen zu nützen. Zum Ende des Projektes, sollen eben solche Bauteile wie etwas ein TFETs realisiert und durch I(V), C(V) Messungen charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieser Messungen werden dann mit Simulationen verglichen um die Physik dieser neuartigen Bauteile zu klären.
