Niederohmige Kontakte für Kohlenstoffnanoröhren-basierte Hochfrequenz Feld-Effekt Transistoren (NanoCon)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sascha Hermann; Professor Dr.-Ing. Michael Schröter
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444590424

Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) besitzen vielversprechende Eigenschaften, wie z.B. hohe Stromtragfähigkeit, Ladungsträgergeschwindigkeit, Linearität und Temperaturstabilität sowie exzellentes Rauschverhalten. Dies ist sehr vorteilhaft für vielfältige Anwendungen und ganz speziell für analoge Hochfrequenz(HF)-Elektronik. Vor kurzem realisierte CNT-basierte Feld-Effekt Transistoren (FET) erreichten zum ersten Mal Arbeitsfrequenzen ähnlich denen von Silizium-MOSFETs. Einer der wichtigsten Parameter, der die Eigenschaften von CNTFETs bestimmt, ist der elektrische Kontakt zu den CNTs. Trotz der neuesten Ergebnisse weisen die CNTFETs hohe Kontaktwiderstände (Rc) im Bereich von 100kOhm/CNT und mehr auf. Dies verschlechtert ihre Eigenschaften deutlich. Aufgrund von mangelnden tiefgehenden Verständnis des Einflusses von Herstellungsbedingungen und der Wahl des Kontaktmaterials auf Rc, liefern die aktuell besten Ansätze zur Realisierung von CNT Kontakten keine zuverlässigen und niederohmigen Kontakte. Die o.g. Grenzfrequenzen und die Tatsache, dass keiner der in den Materialwissenschaftlern publizierten Ansätze zur Reduzierung von Rc bisher in HF CNTFETs bestätigt werden konnte, macht deutlich, dass umfangreiche Forschung auf diesem Gebiert nicht nur notwendig sondern auch sehr vielversprechend ist, um konkurrenzfähige HF CNTFETs zu realisieren. Dieses Projekt hat eine starke Reduzierung von Rc auf <25kOhm/CNT zum Ziel, welches durch systematische Studien von Material und Herstellungsbedingungen in Verbindung mit Bauelementesimulationen realisiert werden soll. Zusammenhänge und Trends werden ermittelt durch eine Herstellung auf der Wafer-Skala Basis, die tiefgehende elektrische Studien einer Vielzahl von hergestellten CNTFETs (>1000 pro Wafer) ermöglicht. Technologisch soll diese Arbeit über den Stand der Forschung hinausgehen, indem der Einfluss der Parameter der Metallabscheidung, der Grenzschichten und Grenzschichtmanipulationen auf den CNT Kontakt ergründet werden. Weiterhin wird eine tiefgehende Studie zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen durchgeführt und deren Einfluss auf Rc bestimmt. Des Weiteren soll der Einfluss von verschiedenen Kontaktgeometrien, die über die typische Omega-Konfiguration hinausgehen, untersucht werden. Umfangreiche elektrische Messungen der Transistoren und spezieller Teststrukturen beinhalten die Bestimmung von DC und HF Kennlinien, Rc und die Schottky Barrierenhöhe. Um den Einfluss von Rc vom Einfluss anderer physikalischer Effekte auf die Geschwindigkeit und Linearität der hergestellten HF CNTFETs zu trennen, werden die Parameter für ein genaues CNTFET-Kompaktmodell extrahiert. Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung der Leistungsfähigkeit einer CNTFET-basierten Technologie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen