Soziale Medien

  Twitter-Logo         HZDR-Blog “ResearchIn’ the World” auf helmholtz.de    

Aktuelle Veranstaltungen

Initiativen & Kooperationen

HZDR ist Partner im Netzwerk Dresden - Stadt der Wissenschaft


"Charta der Vielfalt"

Das HZDR ist der "Charta der Vielfalt" beigetreten, einer Unternehmensinitiative zur Förderung von Vielfalt in Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen. Die Bundesregierung unterstützt diese Initiative und die Bundeskanzlerin ist Schirmherrin der Charta.

Weg vom Silizium - hin zum Germanium?

FZD-Presseinformation vom 17.02.2010

Die Verwendung von Germanium statt Silizium als Grundmaterial für elektronische Schalter würde die Herstellung von schnelleren Chips mit einem höheren Integrationsgrad ermöglichen. Jedoch gibt es dabei noch eine Reihe von Problemen zu lösen. Prinzipiell müssen für die Produktion von Transistoren Fremdatome in den Halbleiter implantiert werden, um ihn gezielt leitfähig zu machen. Dadurch wird jedoch das Material geschädigt und es muss mit Hilfe einer Wärmebehandlung, Ausheilung genannt, wieder repariert werden. Bisher war es nicht möglich, auf Germanium-Basis einen bestimmten Typ von Transistoren (NMOS) mit einem technologisch interessanten Integrationsgrad herzustellen. Man scheiterte daran, dass Phosphor-Atome sich im Germanium bei der Ausheilung zu stark im Material verteilen. Zwei neuartige Verfahren, die Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) gemeinsam mit internationalen Kollegen erfolgreich einsetzten, schaffen hier Abhilfe. Die Ergebnisse wurden in den Fachzeitschriften "Applied Physics Letters" und "Physical Review Letters" veröffentlicht.

Mit Germanium und einigen andere Halbleitern könnte man höhere Schaltgeschwindigkeiten als mit Silizium erreichen. Germanium ist besonders attraktiv, da es sich gut in existierende technologische Abläufe integrieren ließe. Es war das Grundmaterial der ersten Transistor-Generationen, bevor es Ende der 1960er Jahre von Silizium abgelöst wurde. Der Grund dafür waren die exzellenten elektronischen Eigenschaften der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter Silizium und seinem passivierenden und isolierenden Oxid. Dieser Vorteil kann jedoch bei weiterer Verkleinerung der Transistoren im integrierten Schaltkreis nicht mehr genutzt werden, da dann das Oxid durch sogenannte high-k Materialien ersetzt werden muss. Damit stellt sich auch die Frage nach dem Grundmaterial neu.

 

Durch das Einbringen von Fremdatomen wird die Leitfähigkeit von Halbleitern gezielt verändert. Eine Möglichkeit bietet hier die Ionen-Implantation (Ionen sind geladene Atome) mit nachfolgender Wärmebehandlung, Ausheilung genannt. Die Ausheilung des Halbleiter-Kristalls ist notwendig, da das Material während der Implantation stark geschädigt wird. Erst danach erhält man die gewünschten elektrischen Eigenschaften. Während mit diesen Methoden p-Kanal-Transistoren (PMOS) auf Germanium-Basis mit Abmessungen hergestellt werden können, die einer zukünftigen 22-Nanometer-Technologie entsprechen, ist das für n-Kanal-Transistoren (NMOS) bisher noch nicht gelungen. Der Grund hierfür ist die starke räumliche Umverteilung der Phosphor-Fremdatome, die zur Herstellung der n+-Gebiete verwendet werden müssen.

Physikern vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf ist es gelungen, nach der Ionen-Implantation von Phosphor in Germanium mit Hilfe einer speziellen Ausheil-Methode die Qualität des Germanium-Kristalls wiederherzustellen sowie gute elektrische Eigenschaften zu erzielen, ohne dass eine starke Umverteilung der Phosphor-Atome auftritt. Dazu wurde die Germanium-Probe mit einem kurzen Lichtblitz von nur wenigen Millisekunden Länge erhitzt. Dieser Zeitraum ist zu kurz für die sonst bei der Ausheilung beobachtete Diffusion der Phosphor-Atome. Die Lichtblitze werden in einer am FZD entwickelten Blitzlampen-Anlage erzeugt. Die Analyse der elektrischen und strukturellen Eigenschaften der Phosphor-dotierten Schichten im Germanium erfolgte in enger Zusammenarbeit mit dem belgischen Mikroelektronik-Forschungszentrum IMEC in Leuven und dem Dresdner Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien (CNT).

Eine alternative Methode zur Unterdrückung der Diffusion von Phosphor in Germanium untersucht ein internationales Team, dem neben anderen Wissenschaftlern aus Deutschland, Dänemark und den USA auch Physiker aus dem FZD angehören. Nach der Ionen-Implantation von Phosphor in Germanium wird die Probe erhitzt und dann mit Protonen bestrahlt. Es zeigt sich, dass die Protonen-Bestrahlung zu einer Reduktion der Phosphor-Diffusion führt. Die Ergebnisse dieser Experimente werden mit dem Einfluss bestimmter Gitterdefekte (Zwischengitter-Atome) erklärt, die jene Gitterdefekte (Leerstellen), welche für die Beweglichkeit der Phosphor-Atome verantwortlich sind, vernichten.

Die Experimente der Rossendorfer Physiker und ihrer Kollegen zeigen, dass es möglich ist, auf Germanium-Basis n-Kanal-Transistoren (NMOS) herzustellen, deren Abmessungen dem fortgeschrittensten Integrationsgrad entsprechen.

(Autoren: Dr. Matthias Posselt / Dr. Christine Bohnet)

Veröffentlichung:
C. Wündisch, M. Posselt, B. Schmidt, V. Heera, T. Schumann, A. Mücklich, R. Grötzschel, W. Skorupa, T. Clarysse, E. Simoen, H. Hortenbach, "Millisecond flash lamp annealing of shallow implanted layers in Ge", in: Applied Physics Letters. 95 (2009), 252107. DOI: 10.1063/1.3276770.

H. Bracht, S. Schneider, J. N. Klug, C. Y. Liao, J. Lundsgaard Hansen, E. E. Haller, A. Nylandsted Larsen, D. Bougeard, M. Posselt, C. Wündisch, „Interstitial-Mediated Diffusion in Germanium under Proton Irradiation“, in: Physical Review Letters 103 (2009), 255501, DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.255501. 

Weitere Informationen:
Dr. Matthias Posselt / Clemens Wündisch
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf
Tel.: 0351 260 - 3279 / - 3032

Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit im FZD
Bautzner Landstr. 400, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700