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Peter Grünberg Institut
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Kanalmaterialien mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit

Über fast vier Jahrzehnte wächst die Rechenleistung hochintegrierter Prozessoren exponentiell. Ermöglicht wurde dieses durch konsequente Skalierung der MOS-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) auf Gatelängen von 32nm in 2010. Um diesem Trend der Leistungssteigerung weiter zu folgen, werden neue Bauelementkonzepte, neue Materialien und vor allem verspannte Schichtsystemen gezielt erforscht. Aus allen diesen Techniken stach im letzten Jahrzehnt vor allem die zuletzt genannte kontrollierte Verspannung des Materialsystems als dominierende Methode zur Verbesserung der Leistung von Feldeffekttransistoren hervor.

N-MOS-Transistoren basierend auf biaxial-verspanntem Silizium zeigen aufgrund erhöhter Ladungsträgerbeweglichkeiten unmittelbar eine verbesserte Leistung. Die Verbesserung der Löcherbeweglichkeit erfordert sehr hohe uniaxiale Verspannungen. Es zeigte sich jedoch, dass sich durch geeignete Orientierung auf der Waferoberfläche die Ladungsträgerbeweglichkeit weiter verbessern lässt. Gegenwärtig ist die höchste berichtete Löcherbeweglichkeit in [110]-Kanalrichtung für p-MOSFETs auf (110)Si und die niedrigste auf (001)Si. 3D-Architekturen, wie Nanodraht-FETs oder FinFETs, die Ladungsträgertransport entlang der unterschiedlich orientierten Oberflächen ermöglichen und zudem exzellente elektrostatische Kontrolle aufweisen, werden dabei ebenfalls in Betracht gezogen. Überdies wird intensiv an alternativen Kanalmaterialien besonders in Hinblick auf hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten geforscht. Ein Schwerpunkt ist dabei die Untersuchung von neuen MOSFET-Bauelementen mit Si/SiGe-Heterostrukturen oder die sogar noch herausforderndere Verwendung von verspanntem Ge oder GeSn Materialien.


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