In den letzten Jahrzehnten war der technologische Fortschritt unserer Gesellschaft stark durch die Miniaturisierung eines elektronischen Bauelements, nämlich des Feldeffekt-Transistors (FETs), getrieben. In den letzten Jahren ist diese Miniaturisierung aber immer weiter in den atomaren Bereich vorgedrungen und somit an ihre physikalischen Grenzen gestoßen. Um mit den Vorgaben der ITRS Roadmap weiterhin Schritt halten zu können, sind daher tiefgreifende Strukturänderungen bei diesen Bauelementen notwendig, vor allem in Bezug auf Geometrie (FinFETs) und letztendlich auch Materialauswahl, für welche der Einsatz von zweidimensionalen (2D) Materialien eine interessante Lösungperspektive bietet. Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften hätten diese Materialen ein enormes Potenzial im Vergleich zu traditionellem Silizium und könnten zum Beispiel deutliche Verbesserungen des transienten Schaltverhaltens und des Leistungsverbrauchs von Transistoren erzielen. Seit der ersten erfolgreichen Herstellung von Graphene im Jahr 2004, der Pioniertat für den Erfolg von 2D Materialien, wurde tatsächlich in einer Vielzahl an wissenschaftlichen Publikationen von verbesserten Bauteileigenschaften durch die Verwendung von 2D Materialien berichtet. Auch wurde kürzlich vermeldet, dass 2D-Übergangsmetall-Dichalkogenide (2D/TMD) wie beispielsweise MoS2, TiS2, TaS2, WS2, MoSe2 und WSe2 das bandlückenlose Graphene in vielerlei Hinsicht - aber insbesondere in digitalen Anwendungsbereichen von FETs - übertreffen. Daher ist anzunehmen, dass die Untersuchung von 2D/TMD basierten Transistoren einen Hauptschwerpunkt in der Forschung von Mikro- bzw. Nanoelektronik in den kommenden Jahren darstellen wird.
Auch wenn einige bahnbrechende wissenschaftliche Publikationen eine beeindruckende Performanz der auf MoS2 basierten FET Prototypen demonstriert haben, ist die Forschung in dem Bereich von 2D/TMD FETs noch ihrem Frühstadium. Es gibt daher weiterhin zahlreiche offene Fragen denen nachgegangen werden muss, allen voran jener der bisher fast unerforschten Bauteilzuverlässigkeit. Daher widmet sich dieses Projekt dem Schüsselproblem der „Bauteilzuverlässigkeit“ der nächsten Generation von 2D/TMD FETs. Dieses Projekt basiert auf einer umfassenden Methodik zur Analyse der Bauteilzuverlässigkeit, das heißt einer Kombination von drei Untersuchungsmethoden, welche in diesem Umfang noch nie durchgeführt wurden. Diese beginnen bei der Device-Level-Charakterisierung und führen über die Nanoscale-Charakterisierung schlussendlich mittels Modellierung zur Bauteilverbesserung. Profitierend von der hervorragenden räumlichen Auflösung unserer Nanoscale-Charakterisierungsinstrumente werden wir einen Schwerpunkt auf die inhomogene Hot-Carrier-Degradation innerhalb des Kanals setzen. Dadurch wird dieses Projekt zur Etablierung von 2D-Materialien in der Halbleiterindustrie beintragen, damit eine realistische Lösung gegen eine drohende Stagnation in der Weiterentwicklung von FETs schaffen und infolge den technologischen Fortschritt unserer Gesellschaft aufrecht erhalten.
