Modulations-Akzeptordotierung von SiGe für Junctionless FETs

In einer Deutsch-Österreichischen Kooperation zwischen der TU-Wien, der Johannes Kepler Universität Linz und der TU Bergakademie Freiberg sollen Innovative Transistoren mit fernkoppelnder Leitfähigkeitssteuerung hergestellt und untersucht werden. Je kleiner elektronische Bauteile werden, umso komplexer wird deren Herstellung sowie die kontrollierte Einstellung ihrer Leitfähigkeit. Herkömmliche elektronische Bauelemente wie Transistoren beruhen auf dotierten Halbleitermaterialien. Dazu werden Halbleiter wie Silizium oder Germanium gezielt durch eine geringe Menge von Fremdatomen modifiziert. Dieser Prozess, der über Jahrzehnte kontinuierlich optimiert wurde, stößt bei nanometer-skalierten Bauelementen an seine Grenzen, da sich zufällige Schwankungen in der Dotierkonzentration stark auf die Eigenschaften einzelner Bauelemente auswirken. Der Ansatz des Forschungsvorhabens ist es, eine neue Form der Dotierung die sogenannte Modulations-Akzeptor-Dotierung, welche ferngekoppelt die Eigenschaften des Halbleiters einstellt, zu untersuchen und experimentell in Transistorstrukturen zu demonstrieren. Dazu sollen bei Transistor-Nanostrukturen, die aus dem wichtigen Halbleitermaterial Silizium- Germanium (SiGe) bestehen, hohe Dichten an Ladungsträgern ferngekoppelt aus der Isolationsschicht des Transistors zur Verfügung gestellt werden, ohne das Halbleitermaterial und dessen Kanalbeweglichkeit, wie sonst üblich, durch Streuung zu beeinträchtigen. Das Konsortium verbindet weltweit anerkannte Expertise: Assoc. Prof. Dr. Moritz Brehm (JKU Linz) ist Experte im kontrollierten Kristallwachstum von Silizium-Germanium mittels Molekularstrahlepitaxie und stellt die Halbleiterkanäle und Heterostrukturen zur Verfügung; Prof. Dr. Daniel Hiller (TU Freiberg) ist Experte in Grenzflächenphysik und Oxid-Nanolaminate und stellt die fernkoppelnde Leitfähigkeitssteuerung zur Verfügung. Univ.Prof. Dr. Walter M. Weber ist Experte in Halbleiterbauelementen und Nano- Technologie und stellt die Transistor- und Teststrukturen in einer Reinraumumgebung zusammen und charakterisiert diese elektrisch. Die experimentellen Arbeiten der Deutsch -Österreichischen Kooperation werden durch rechnergestützte Simulationen in Zusammenarbeit mit Dr. Dirk König, von der Australian National University (ANU) in Canberra, Australien, hinsichtlich der Theorie und Validierung der Ergebnisse ergänzt. Die Untersuchungen sind von hoher Relevanz für die Halbleiterforschung in Bezug auf die Skalierung und Energieeffizienz von Halbleiterschaltungen in Chips. Darüber hinaus sind die Erkenntnisse entscheidend für den Betrieb von Quantenchips, da die Steuer- und Ausleseelektronik von Quanten-bits (Qubits) bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, d.h. bei kryogenen Temperaturen, funktionieren muss, was durch herkömmliche Dotierung nicht möglich ist.