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MaKiZu: Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) schließt Projekt mit eindimensionalen Nanodrähten erfolgreich ab

  • Foto: cfaed / Jürgen Lösel

Das Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) hat ein dreijähriges Projekt zur Erforschung von eindimensionalen Nanodrähten, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 3,2 Millionen Euro gefördert wurde, erfolgreich abgeschlossen. Die Ergebnisse aus „MaKiZu (Materialintegration und Kinetik von zuverlässigkeitslimitierenden Degradationsmechanismen in 1D-Elektronik-Systemen / Material Integration and kinetics of reliability degradation mechanisms limiting in 1D electronic systems) tragen wesentlich zu den wissenschaftlichen Erkenntnissen des Forschungspfades „Silicon Nanowire“ des Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) der Technischen Universität (TU) Dresden bei. Die drei Projektmitarbeiter, darunter ein „Post-Doc“, ein Doktorand und ein Techniker, wurden bei den Forschungsarbeiten wirkungsvoll von dem Team des cfaed sowie des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme Dresden (IKTS) unterstützt.

An den zwei neuen Spezial-Mikroskopen im Wert von insgesamt 2,7 Millionen Euro, die im Rahmen dieses Projektes angeschafft wurden, haben darüber hinaus junge Wissenschaftler aus anderen Forschungspfaden des cfaed mit weiteren Ergebnissen wesentlich zur Grundlagenforschung des Exzellenzclusters beigetragen.

Bei dem Projekt unter Leitung von Professor Ehrenfried Zschech wurden nanoskalige Strukturen in 1D-Elektronik-Bauelementen und -Systemen analysiert, um eine Basis zur Prozessentwicklung und zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung künftiger mikroelektronischer Produkte zu schaffen. Hier sind insbesondere elektronenmikroskopische Untersuchungen zum grundlegenden Verständnis zu Diffusions- und Phasenbildungsprozessen an Schottky-Kontakten und mechanische Spannungsanalysen in Silizium-Nanodrähten zu nennen. Das Verständnis der festkörperphysikalischen Phänomene und Prozesse ist notwendig, um Schlussfolgerungen für Design, Prozesse und Materialien für neuartige mikroelektronische Bauelemente und Sensoren abzuleiten. In enger Kooperation mit den Wissenschaftlern des cfaed-Forschungspfades „Silicon Nanowire“ werden wesentliche Voraussetzungen für eine spätere industrielle Nutzung dieser Technologie geschaffen.

Die im Rahmen dieses Projektes erzielten wissenschaftlichen Ergebnisse fanden national und international Beachtung, u. a. mit dem eingeladenen Vortrag von Dr. Walter Weber, NaMLab gGmbH Dresden und Dr. Markus Löffler, TU Dresden/DCN, auf der führenden internationalen Tagung auf dem Gebiet der Metrologie und der Analytik für die Halbleiterindustrie, „Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics“, die im April 2015 in Dresden stattfand.

Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die Leistungsfähigkeit der derzeitigen Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS, deutsch komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) in etwa zehn bis fünfzehn Jahren nicht mehr ausreichend ist. Im Exzellenzcluster für Mikroelektronik cfaed der TU Dresden, dem das DCN angegliedert ist, wird daher auf verschiedenen Wegen nach neuen Technologien geforscht, die die herkömmliche siliziumbasierten Halbleitertechniken verbessern oder ergänzen könnten.

Die auf eindimensionalen Nanostrukturen wie Silizium-Nanodrähten und Kohlenstoff-Nanoröhren basierenden innovativen Elektronik-Bauelemente sowie nanobasierte Sensorik werden eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit als derzeitige CMOS-Bauelemente und Sensorsysteme haben. Dadurch wird es möglich werden, neue Anwendungen zu erschließen, u. a. in den Bereichen Automobil, Maschinenbau, Logistik, Energie, Sensorik sowie Medizin und Gesundheitsüberwachung. Durch enge Zusammenarbeit mit innovativen Unternehmen soll die Forschung von Anfang an auf eine industrielle Nutzung ausgerichtet sein.

Die in dem Projekt erforschten strukturellen Eigenschaften an Materialien für zukünftige rekonfigurierbare, energieeffiziente und zuverlässige Halbleiterbauelemente, die am NaMLab aufgebaut werden, sind eine Voraussetzung dafür, dass Silizium-Nanodrähte mit einem Durchmesser von nur 30 Siliziumatomen für extrem kleine Transistoren integriert werden können. Elektronenmikroskopischen Untersuchungen haben es ermöglicht, Siliziumatome sichtbar zu machen und die Abstände zwischen Siliziumatomen für mechanisch verspannte Nanodrähte zu ermitteln.

Für das Projekt wurden ein Rasterelektronenmikroskop mit fokussierendem Ionenstrahl (FIB/SEM) im Wert von 1,4 Millionen Euro sowie ein Sub-Mikrometer-Röntgentomograph im Wert von 1,3 Millionen Euro neu angeschafft. Weitere Großgeräte, darunter ein Nano-Röntgentomograph, ein Transmissionselektronenmikroskop und ein Atom-Probe-Tomograph, sind bereits innerhalb der TU und der kooperierenden Forschungsinstitute vorhanden und wurden für das Forschungsvorhaben genutzt.

 


Pressekontakt:

Prof. Dr. Ehrenfried Zschech, Honorarprofessur Nanoanalytik, Tel: +49 351 463 41093, ehrenfried.zschech@tu-dresden.de

weitere Informationen unter: www.cfaed.tu-dresden.de