Elektronenstrahllithografie für 3D-nanoskalige Höchstfrequenzbauelemente

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491044589

3D-nanoskalige Strukturen bilden die Grundlage für derzeit und zukünftig untersuchte elektronische und photonische Höchstfrequenz-Bauelemente für den Terahertzbereich. Neben der in der Epitaxie „eingebauten“ Möglichkeit der atomar aufgelösten Strukturierung besteht die Notwendigkeit, dazu orthogonal durch einen nanoskaligen lithografischen Prozess die Flächen und das Volumen der Nanobauelemente zu begrenzen, um parasitäre Kapazitäten in einer Höchstfrequenzanwendung zu unterdrücken. Dies gilt sowohl für traditionelle, auf epitaktischen Schichten basierende Herstellungsmethoden, aber besonders auch für neuartige epitaktische Strukturen, insbesondere Nanodrähte und auf 2D-Materialien beruhende Bauelemente. Zu diesem Zweck ist die Platzierung z.B. von nanoskaligen Elektroden erforderlich. Im Fall der Nanodrähte und anderer selektiv epitaxierter Strukturen besteht die besondere Anforderung, lithografische Strukturen auf der Nanometerskala auszurichten. Unter anderem im SFB/TRR196 MARIE werden im Fachgebiet Bauelemente der Höchstfrequenzelektronik nanoskalige Bauelemente untersucht, um Bauelemente „beyond-fmax“ – d.h. jenseits der Transistor-Grenzfrequenz – zu realisieren. Der Schwerpunkt liegt hier auf eigenen Halbleitermaterialien mit höchsten Elektronenbeweglichkeiten, insbesondere Indiumphosphid, und hierauf basierenden Transistoren und Tunneldioden. Da die lithografische Strukturierung mit den Kristallwachstums-Prozessen mittels Re-Epitaxierung eng verwoben ist, muss das beantragte Gerät im Reinraum des Zentrums für Halbleitertechnik und Optoelektronik der UDE installiert werden. Die Methode der Wahl zur Lösung der genannten Anforderungen ist die Elektronenstrahllithografie. Heute zur Verfügung stehende Anlagen ermöglichen die hier geforderte <10 nm Auflösung mit einer Platziergenauigkeit unter 10 nm. Von entscheidender Bedeutung ist die hohe Schärfentiefe der Elektronenstrahllithografie, die eine Bearbeitung auch von Proben mit unregelmäßiger Oberfläche erlaubt. Bei Einsatz von 100 kV Beschleunigungsspannung kann die relativ hohe Elektronen-Rückstreuung des Materials Indiumphosphid mit moderner Software gut korrigiert werden. Es bestehen vielfältige Synergien in der Nutzung der hier beantragten Anlage, fünf weitere Arbeitsgruppen im Fachbereich EIT und in der Fakultät Physik sind beteiligt. Die Forschungsthemen der Mitantragsteller sind komplementär zueinander mit der Gemeinsamkeit, dass eine höchstauflösende Lithografiemaschine für die weitere Entwicklung der Arbeiten besonders förderlich ist. Die Lithografieanlage soll im existierenden Reinraum des Zentrums für Halbleitertechnik und Optoelektronik der Universität Duisburg-Essen in einem besonders zur Elektronenstrahl-Lithografie geeigneten Raum (mit niedrigen mechanischen Schwingungen, optimierter Luftströmung sowie niedrigen elektromagnetischen Störfeldern) installiert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Elektronenstrahllithografie für 3D-nanoskalige Höchstfrequenzbauelemente
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiter: Professor Dr. Nils Weimann