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Großes Geld für kleine Teile

29.03.1999 - (idw) Forschungszentrum Jülich

AIXTRON AG vergibt Auftrag an Forschungszentrum Jülich

Zwischen den Produzenten für Computerchips herrscht ein harter Wettbewerb; schon lange. Es siegt, wer den leistungsfähigeren Chip baut. Längst stößt die herkömmliche Halbleitertechnik an ihre Grenzen - Elektrokeramik heißt das neue Zauberwort. Mit diesen Dünnschicht-Metalloxiden läßt sich die Kapazität der Arbeitsspeicher (RAMs) um mehr als das Zehnfache erhöhen. Seit kurzem bemühen sich die in Aachen ansässige AIXTRON AG und das Forschungszentrum Jülich gemeinsam um ein neues Herstellungsverfahren für das High-Tech-Material: Die Aachener Firma lieferte ihre neueste Technik, und die Jülicher Wissenschaftler optimieren nun den Fertigungsprozeß für jene Keramiken, die die Gigabit-Speicher der nächsten Generation aufbauen sollen. Für diese Arbeit übergeben die Vorstände der AIXTRON AG am 25. März 1999 einen "Riesenscheck" von 900.000 DM an den Vorstand des Forschungszentrums.
Die im Jahre 1983 als "spin off" der RWTH Aachen gegründete AIXTRON AG hat sich vor allem mit der Produktion von Maschinen zur Abscheidung von Halbleiter-Schicht-strukuren weltweit einen Namen gemacht. Mit einem Anteil von über 30 Prozent ist das Unternehmen Weltmarktführer bei diesen Anlagen, die u.a. Silizium-Wafer mit dünnsten Metalloxiden beschichten können (MOCVD-Verfahren). Kunden sind vor allem die internationalen Elektronikkonzerne und Forschungseinrichtungen. Das Geschäft boomt, was sich nicht zuletzt am kometenhaften Aufstieg der AIXTRON-Aktie seit ihrer Einführung an der Frankfurter Börse im Jahre 1997 widerspiegelt. Über die Kooperation mit den Jülichern will das Unternehmen im Bereich der Herstellung oxidischer Dünnschichten weiter expandieren.
Im Rahmen des kürzlich geschlossenen Forschungs- und Entwicklungsvertrages stellt die AIXTRON AG eine Anlage bereit, mit der sich sogenannte Ferroelektrika und Hoch-Epsilon-Dielektrika produzieren lassen (siehe unten). Die Aufgabe der Jülicher Forscher besteht darin, den Herstellungsprozeß auf dieser Anlage im Hinblick auf eine spätere industrielle Produktion zu optimieren. Den Aachenern dient die Maschine in Jülich gleichzeitig als Demonstrationsobjekt der neuen Technik: Sie dürfen laut Vertrag ihren Kunden die Maschine im Forschungszentrum vorführen. Weiterhin werden die Jülicher auf Anfrage der AIXTRON AG pro Jahr eine gewisse Anzahl Wafer beschichten, die zu Testzwecken an Kunden der Firma verschickt werden. Erste Lagen des Hoch-Epsilon-Dielektrikums Barium-Strontium-Titanat (BST) wurden im Forschungszentrum bereits produziert.
Um die Bedeutung der Elektrokeramiken für die Computerindustrie ermessen zu können, muß man sich kurz die Speichertechnik eines Personalcomputers vergegenwärtigen: Auf dem PC produzierte Daten werden zunächst im Arbeitsspeicher abgelegt, nicht auf der Festplatte, weil der Zugriff auf Daten im Arbeitsspeicher schneller erfolgt. Den Arbeitsspeicher bilden sogenannte DRAMs (Dynamic Random Access Memory), die aus je einem Kondensator und einem Transistor bestehen. Das Material der heutigen Kondensatoren ist eine Kombination von Siliziumdioxid und Siliziumnitrid (ONO-Schichten). Es hat den Nachteil, daß seine Speicherfähigkeit relativ gering ist, was sich in einer niedrigen Dielektrizitätszahl, genannt "Epsilon", ausdrückt. Deshalb mußte man schon für die jetzige DRAM-Generation mittels aufwendiger Techniken die Oberfläche der Bausteine vergrößern: Mit engen Gräben (Trenchs) oder Stapelaufbauten (Stacks) auf dem Chip schufen die Hersteller eine "Gebirgslandschaft" en miniature, die mehr Oberfläche und damit mehr Speicherkapazität besitzt als ein flaches Chip-Design. Mit zunehmender Integrationsdichte stoßen solche Techniken aber an Grenzen. Die fieberhafte Suche nach neuen, leistungsfähigeren Materialien hat deshalb schon vor Jahren begonnen.
Inzwischen steht fest, daß den Halbleiterherstellern ein jahrtausendealtes Material aus der Klemme helfen wird: spezielle Keramiken, die Elektrokeramiken. Größter Hoffnungsträger sind Metalloxide wie das Barium-Strontium-Titanat (BST), weil sie über eine hundertmal höhere Dielektrizitätszahl verfügen als die herkömmlichen ONO-Schichten. Deshalb werden die innovativen Keramiken auch "Hoch-Epsilon-Dielektrika" genannt. Als wesentlicher Bestandteil der DRAMs sollen sie in der nächsten Speichergeneration, den Gigabit-Speichern, zum Einsatz kommen.
Außer mit Hoch-Epsilon-Dielektrika experimentieren die Jülicher Physiker auch mit sogenannten Ferroelektrika - ebenfalls Titanate, aber mit anderen Beimischungen als Barium. Ferroelektrika erhöhen die Leistung der Kondensatoren weiter und werden einst - in FRAMs integriert - den Arbeitsspeicher noch schneller machen (Ferroelectric Random Access Memory). Das Besondere an Ferroelektrika ist, daß sie ein sogenanntes elektrisches Dipolmoment aufweisen, das durch ein äußeres elektrisches Feld umgepolt werden kann. Die Orientierung der Dipole "auf" oder "ab" entspricht den Zuständen 0 und 1, dem binären Code für digital gespeicherte Informationen. Auch wenn der Rechner ausgeschaltet ist, behalten die Dipole ihre Orientierung bei. Dadurch werden die Daten "nichtflüchtig". Schnelle, nichtflüchtige Speicher auf einem Siliziumchip eröffnen ungeahnte Möglichkeiten für neue Anwendungen.
Zur Herstellung der innovativen Elektrokeramiken wird Metalloxid auf elektrochemischem Weg auf Silizium-Wafer aufgebracht (MOCVD-Verfahren). Wie sich im Winter die Luftfeuchtigkeit als Rauhreif niederschlägt, scheiden sich die Metalloxide aus der Gasphase in dünnsten Lagen auf dem Wafer ab. Dieses komplizierte Verfahren erfordert High-Tech-Instrumente, Reinraumbedingungen und viel Erfahrung. Über letztere und einen Reinraum verfügt das Team um Professor Rainer Waser im Forschungszentrum Jülich, die technische Ausrüstung lieferte die AIXTRON AG. "Auf in die Reinraumanzüge!" heißt es nun am Institut für Elektrokeramische Materialien (siehe Bild). Zusätzlich zum "Riesenscheck" der AIXTRON AG werden die Wissenschaftler bei Ihrer Arbeit auch durch Gelder aus "ESPRIT", einem EU-Projekt, beflügelt.

-tgt-

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