Experimentelle Charakterisierung und Kompaktmodellierung von Hochfeldeffekten in CNTFET-Kanälen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Schröter
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464113502

Im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern besitzen einwandige Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften. Neueste in unserem Labor gewonnene Meßergebnisse von 120 nm CNT Feldeffekttransistoren (FETs) ergaben Grenzfrequenzen im Bereich von 40 GHz. Diese Werte nähern sich der für 130 nm CMOS typischen Grenzfrequenz von ca. 70 GHz trotz der nur 40 CNTs pro Micrometer Kanalweite und einem Drainstrom von nur 4 Mikroampere per CNT. Diese beiden Werte liegen weit unter der theoretisch erreichbaren CNT-Dichte von ca. 600 CNTs/Micrometer und bereits gemessenen Drainströmen von 20...70 Mikroampere/CNT.Für den Entwurf von wettbewerbsfähiger, multi-CNT multi-finger CNTFET basierten Hochfrequenz (HF)-Schaltungen muss der tatsächlich "nutzbare" Arbeitsbereich bekannt sein. Bisherige Studien haben sich vor allem auf die thermisch-bedingte Zerstörung metallischer CNTs bzw. von CNTs in Kanälen, die Luft oder Vakuum ausgesetzt waren, konzentriert. Diese Studien sind auf praktisch nützliche CNTFETs nicht anwendbar, da dort die CNTs immer vollständig von mindestens einer Oxidschicht umgeben sind. Die wichtigsten Ziele dieses Projektes sind daher: (1) die Messung von mit Wafer-Scale Technologien gefertigte planaren CNTFETs mit verschiedenen (i) Verfahren der Kanalherstellung (CVD, Dispersion), (ii) Gateoxiden und Isolationsmaterialien sowie (iii) Kontaktmaterialen und Gateanordnungen; (2) die Untersuchung und das detaillierte Verständnis der verschiedenen physikalischen Durchbruchmechanismen (Avalanche, Tunneln, thermisch) und deren Zusammenspiel während des Transistorbetriebs in elektronischen Schaltungen; (3) die Entwicklung eines numerisch stabilen Kompaktmodells zur Untersuchung des Einflusses von Durchbrucheffekten auf die Eigenschaften von HF Schaltungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen