gefördert durch das BMWi
Komplexe integrierte mikroelektronische Schaltungen bestimmen an vielen Stellen unser Leben. Dabei nimmt die Leistungsfähigkeit dieser elektronischen Systeme mit einer Geschwindigkeit zu, die mit keiner anderen Technologie je erreicht wurde. Die Forschung zielt unter anderem auf die Nutzbarmachung von Quanteneffekten, die erst bei Strukturen im Bereich weniger Nanometer auftreten, sowie auf neuartige Herstellungsverfahren und Materialkombinationen bis hin zu Einzelmolekülen, ab.
Wesentliche Grundbausteine zukünftiger, nanoelektronischer Bauelemente zur Nutzung quantenmechanischer Effekte sind vor allem epitaktische Heterostrukturen, d.h. kristalline mit Atomlagen-Genauigkeit aufeinander aufgewachsene Materialien mit unterschiedlicher Energiebandstruktur, mit denen atomar scharfe Energiebarrieren, Quanten-Kanäle und kontrolliert verlaufende Bandprofile mit Abmessungen im Nanometerbereich realisiert werden können. Mit derartigen Strukturen können z.B. in Verbindung mit konventionellen Transistoren so genannte „Quantenfunktionale Bauelemente“ realisiert werden, die logische oder Speicher-Funktionen mit einer geringeren Zahl an Bauelementen als in der konventionellen Elektronik ermöglichen und so eine wesentlich höhere funktionale Dichte der Schaltungen erlauben.
Neben ultradünnen vertikalen epitaktischen Schichtsystemen sind auch laterale Strukturen im Nanometerbereich von großer Bedeutung, wie z.B. in Isolatoren eingebettete Nanokristall-Inseln (Quantenpunkte), die spezielle Elektronentransport- oder Speichereigenschaften aufweisen. Zur gezielten Herstellung dieser Nanokristalle sind insbesondere Verfahren interessant, die auf der „Selbstorganisation“ beruhen, da "top-down" Verfahren zur Strukturierung im Bereich weniger Nanometer noch unzureichend sind.
There’s Plenty of Room at the Bottom
Richard Feynman
Folgende grundlegenden Fragestellungen werden aus diesem Komplex am Institut derzeitig bearbeitet:
- Entwicklung optimaler Wachstumsmethoden zur kontrollierten Herstellung ultradünner einkristalliner vertikaler Vielfachschichtstrukturen hauptsächlich durch die Nutzung der Molekularstrahlepitaxie
- Erzeugung und Charakterisierung von lateral geordneten Nanokristallen, die durch selbstorganisierende Wachstums- und Strukturierungsmethoden kontrolliert in kristalline oder amorphe Tunnel-Isolatoren eingebettet werden.
- Elektronische Eigenschaften der Heterostrukturen und eingebetteten lateralen Nanostrukturen hinsichtlich Bandstruktur und Transportparameter in Abhängigkeit von den Wachstums- und Prozessbedingungen.
Dabei konzentrieren wir uns schwerpunktmäßig auf Lösungen auf dem altbewährten Silizium, die außerdem auch bei Raumtemperatur funktionieren.
Die Entwicklung der Si-Halbleitertechnologie kann auf eine mehr als fünfzigjährige Entwicklung zurückblicken. In der Siliziumphotovoltaik werden, trotz der um viele Größenordnungen anderen Strukturmaße, im Grunde dieselben technologischen Verfahren eingesetzt. Somit ergeben sich auch häufig ähnliche Fragestellungen. Zusammen mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) beschäftigen wir uns am Institut mit der Frage, ob und in welchem Umfang das Know-how der Halbleitertechnologie für die Fertigung von hocheffizienten Si-Solarzellen genutzt werden kann.
