Uni-Colleg im Wintersemester 2006/07
Jeweils mittwochs, 19.30 Uhr, Campus Duisburg, Raum MD 162
Die moderne Silizium-Halbleiterindustrie ist Sklave ihres eigenen Erfolgs geworden.Wir als Nutzer erwarten ständige Leistungs- und Geschwindigkeitssteigerungen bei Computern, Mikroprozessoren und Speichern. Dies geht jedoch nicht ewig weiter: das Ende ist in einem Jahrzehnt abzusehen. Dann lassen sich die Transistoren nicht weiter verkleinern und auch die Geschwindigkeit der Elektronen ist an einer natürlichen Grenze angelangt. Einen Ausweg bietet die Rückbesinnung auf Germanium, aus dem der erste Transistor 1947 gefertigt war, in dem sich die Elektronen von Natur aus um ein vielfaches schneller bewegen wie in Silizium.
Dazu müssen jedoch perfekte Kristallschichten aus Germanium auf einen Siliziumträger (Wafer) integriert werden. Da aber Germaniumatome um 4% größer als Siliziumatome sind, treten beim Kristallwachstum Fehler auf: es bilden sich keine glatten geschlossenen Schichten, sondern es kommt zu unerwünschter Inselbildung.
Hier hilft ein Griff in die Trickkiste der modernen Oberflächenphysik weiter: durch den Einsatz eines weiteren Elements beim Wachstum, eines so genannten Surfactants (Surface Active Agent oder "atomic soap") der auf dem wachsenden Germaniumfilm aufschwimmt, kann das Wachstum von glatten und defektarmen Schichten erzwungen werden. Hierbei wird eine einzelne monoatomare Lage aus Antimon eingesetzt, die gleich einem atomaren Seifenfilm die Benetzung der Siliziumunterlage ermöglicht. Dies ist in der Tat vergleichbar mit dem Schuß Shampoo im Waschwasser, mit dessen Hilfe Wassertropfen auf einer frisch gewachsten Motorhaube diese wieder benetzen und einen dünnen Wasserfilm ausbilden. Diese Kuriosität konnte in einer Kooperation mit Halbleitertechnologen erfolgreich in die Herstellung eines Weltrekordtransistors umgesetzt werden.
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Prof. Dr. rer. nat. Michael Horn-von Hoegen:
Schnellere Transistoren für die Mikroelektronik: "it´s not a trick, it´s atomic soap"
Die moderne Silizium-Halbleiterindustrie ist Sklave ihres eigenen Erfolgs geworden.Wir als Nutzer erwarten ständige Leistungs- und Geschwindigkeitssteigerungen bei Computern, Mikroprozessoren und Speichern. Dies geht jedoch nicht ewig weiter: das Ende ist in einem Jahrzehnt abzusehen. Dann lassen sich die Transistoren nicht weiter verkleinern und auch die Geschwindigkeit der Elektronen ist an einer natürlichen Grenze angelangt. Einen Ausweg bietet die Rückbesinnung auf Germanium, aus dem der erste Transistor 1947 gefertigt war, in dem sich die Elektronen von Natur aus um ein vielfaches schneller bewegen wie in Silizium.
Dazu müssen jedoch perfekte Kristallschichten aus Germanium auf einen Siliziumträger (Wafer) integriert werden. Da aber Germaniumatome um 4% größer als Siliziumatome sind, treten beim Kristallwachstum Fehler auf: es bilden sich keine glatten geschlossenen Schichten, sondern es kommt zu unerwünschter Inselbildung.
Hier hilft ein Griff in die Trickkiste der modernen Oberflächenphysik weiter: durch den Einsatz eines weiteren Elements beim Wachstum, eines so genannten Surfactants (Surface Active Agent oder "atomic soap") der auf dem wachsenden Germaniumfilm aufschwimmt, kann das Wachstum von glatten und defektarmen Schichten erzwungen werden. Hierbei wird eine einzelne monoatomare Lage aus Antimon eingesetzt, die gleich einem atomaren Seifenfilm die Benetzung der Siliziumunterlage ermöglicht. Dies ist in der Tat vergleichbar mit dem Schuß Shampoo im Waschwasser, mit dessen Hilfe Wassertropfen auf einer frisch gewachsten Motorhaube diese wieder benetzen und einen dünnen Wasserfilm ausbilden. Diese Kuriosität konnte in einer Kooperation mit Halbleitertechnologen erfolgreich in die Herstellung eines Weltrekordtransistors umgesetzt werden.