1-D Multi-Gate FETs: Einstellen der Potentiallandschaft auf der Nanometerskala

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Knoch
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266030637

Eindimensionale Materialien wie Nanodrähte und Nanoröhrchen werden seit einigen Jahren intensiv für den Einsatz in einer zukünftigen Nanoelektronik untersucht. Der Grund für das große Interesse ist zum einen der kleinen Geometrie geschuldet, die eine optimale Skalierbarkeit von elektronischen Bauelementen auf Grund der ausgezeichneten elektrostatischen Kontrolle in z.B. wrap-gate Strukturen erlaubt. Darüber hinaus weisen Nanodrähte bzw. Nanoröhrchen eindimensionalen elektronischen Transport auf, der eine Reihe von Vorteilen wie z.B. lange mittlere freie Weglängen oder eine hohe Linearität der Eingangskennlinien bietet. Die Kombination aus 1-D Transporteigenschaften und exzellenter Gatekontrolle ermöglicht es, den Potentialverlauf innerhalb des Bauelementes zu kontrollieren. Obwohl es inzwischen gängige Praxis ist, Gateelektroden zur gezielten Manipulation des Potentialverlaufs in Transistoren basierend auf neuartigen Materialien zu verwenden, so sind bisher nur Bauelemente mit entweder einer kleinen Zahl von Gates realisiert worden, oder diese Gates weisen Längen von mehreren zehn bis hundert Nanometern auf und/oder sind relativ weit voneinander entfernt. Mit einer solchen Anordnung lässt sich eine gezielte Manipulation des Potentialverlaufes auf der Nanometerskala nicht erreichen. Das Ziel des vorliegenden Projektantrages ist es eine 1-D Multi-Gate Architektur zu realisieren, in der eine größere Anzahl von Gateelektroden (ungefähr 10 oder mehr) mit Längen von wenigen Nanometern in direkter Nachbarschaft (ebenfalls wenige Nanometer voneinander entfernt) platziert werden. Dieses Layout erlaubt ein Zuschneiden des Potentialverlaufes des Leitungs- und Valenzbandes auf der Nanometerskala auf Grund der ausgezeichneten Gatekontrolle in 1-D Nanostrukturen und ermöglicht somit das volle Potential von 1-D Strukturen für die Nanoelektronik zu eruieren. Zwei verschiedene Demonstratoren/Bauelemente werden in diesem Zusammenhang erforscht: Zum einen ein Gate-induziertes Übergitter in Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder InAs Nanodrähten. Mit geeigneten Dimensionen lässt sich mit diesem Übergitter ein Energiefilter erzeugen, der Bauelemente ermöglicht, die bei sehr kleinen Spannungen betrieben werden können und somit nanoelektronische Systeme mit sehr geringem Energieverbrauch ermöglichen. Zum anderen soll der Potentialverlauf in den 1-D Bauelementen so manipuliert werden, dass sie eine maximale Linearität der Eingangskennlinien aufweisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen