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KLEINER GEHT`S NICHT?

17.12.1998 - (idw) Weizmann Institut

Die Mikroelektronik ist eine Wachstumsbranche, aber die von ihr produzierten Bauenelemente werden von Jahr zu Jahr kleiner. Wie klein koennen diese elektronischen Bauteile ueberhaupt werden?
Wissenschaftler des Weizmann Instituts haben eine moegliche Antwort auf diese Frage gefunden. Unter ebenso einfacher wie eleganter Anwendung einer chemischen Theorie ueber Fluessigkeiten entwickelten sie eine Methode zur Vorhersage der kleinsten moeglichen Groesse bipolarer Transistoren. Bipolare Transistoren gehoeren zu den wichtigsten Transistorenarten, die in der Mikroelektronik verwendet werden. Es gelang dem Team, so eine winzige Struktur experimentell herzustellen, indem sie den Halbleiter Kupfer- Indiumdiselenid verwendeten. Mit einem Innenstueck von nur 20 Nanometern (20 Milliardstel Metern) und einer Gesamtbreite von 50 Nanometern - weniger als ein Tausendstel einer Haarbreite - ist das Geraet fuenfmal kleiner als die heutigen Standard-Transistoren dieser Art.
Die Forschungsarbeit, ueber die kuerzlich ein Artikel in Applied Physics Letters erschien, wurde vom Doktoran- den Shachar Richter durchgefuehrt, in Zusammenarbeit mit Prof. David Cahen von der Abteilung Materialien und Grenzflaechen, sowie mit Dr. Yishai Manassen, frueher vom Weizmann Instituts und heute von der Universitaet Ben-Gurion in Israel, und mit Dr. Sidney Cohen, dem Leiter der Forschungseinheit Oberflaechenanalyse.
In dieser Arbeit setzt Richter Rasterkraft- Mikroskopie ein - eine Technik, bei der aehnlich wie bei einem Plattenspieler die Oberflaeche eines Materials mit einer Nadel abgetastet wird. Damit manipulierte er Atome in einem Halbleiter. Normalerweise koennen solche Mikroskope nur Atome an der Oberflaeche eines Materials bewegen. Richter aber gelang es, aufbauend auf frueherer Arbeiten von Prof. Cahen, diese Atome auch innerhalb des Halbleiters zu bewegen.
Richter erzielte seine Resultate, indem er an den Halbleiter eine Span- nung anlegte und einen Strom durch das Material sandte. Unterstuetzt durch eine leichte Erwaermung, durch den elektrischen Strom, fuehrte die Spannung dazu, dass die Donator - Atome, die die Leitfaehigkeit des Materials bestimmen - in eine bestimmte Richtung bewegt wurden. Obwohl nur 100 bis 200 Donatoren auf diese Weise bewegt wurden, gelang es, einen winzigen Transistor herzustellen. Er bestand aus einer Halbkugel-foermigen Schicht relativ hoher Leitfaehigkeit, in der sich die umverteilten Donatore befanden. Diese Halbkugel war zu beiden Seiten von Material mit anderer Leitfaehigkeit umgeben.
Als naechstes benutzte Richter dieselbe Mikroskop- nadel - bei niedriger Spannung - um die Leitfaehigkeit dieser winzigen Struktur abzubilden. Richters neue Abbildungsmethode, die er scanning spreading resistance - Abtasten der Widerstandsausbreitung - nennt, zeigt den genauen Pfad auf, den ein elektrischer Strom durch einen Transistor dieser Art nehmen wuerde. Diese neue Messmethode, die zeitgleich mit Richters Studie und unabhaengig von ihr auch von belgischen Forschern entwickelt wurde, ist ein vielversprechendes Werkzeug zur Bewertung winziger elektronischer Bauelemente.
Die Ergebnisse bedeuten nicht unbedingt, dass Bauelemente der Mikroelektronik letztendlich so klein wie Richters Transistor werden. Sein Bauteil kann sich jedoch als wertvolles Forschungsobjekte zur Untersuchung Grenzen der Miniaturisierung erweisen.
Gefoerdert wurde die Studie von der Israel Science Foundation und der Minerva-Stiftung, Muenchen. ¨

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