Nanowire/CMOS Heterogeneous Integration for Next-Generation Communication Systems
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden InAs Nanodrähte auf ihre Tauglichkeit für den Schaltungseinsatz getestet. Die komplexe Oberfläche des InAs führt zu einer starken Abhängigkeit der Stabilität der Kennlinien des Nanodraht Transistors von der Technologie des Dielektrikums. Für die Abscheidung wurden verschiedene Methoden (ECR CVD von SiNx, ALD von Al2O3) angewandt, die bereits bei niedrigen Abscheidetemperaturen (20 °C < T < 200 °C) sehr gute Eigenschaften ermöglichen. Im nächsten Schritt wurde ein Modell des InAs Nanodraht Transistor für die Schaltungssimulation entwickelt. Hierzu wurden spezielle Kontaktstrukturen zum Vermessen der Nanodraht Transistoren in koplanaren Hochfrequenz Messleitung hergestellt, die aussagekräftige Hochfrequenzmessungen ermöglichten. Aus diesen Daten wurde das Schaltungsmodell entwickelt und dem japanischen Kooperationspartner für den rechnergestützten Schaltkreisentwurf zur Verfügung gestellt. Es ist dann gelungen die zentrale Aufgabenstellung, die Verarbeitung von InAs Nanodraht Transistoren in mikroelektronischen Hochgeschwindigkeitsschaltungen zu demonstrieren. Von großer Bedeutung ist hierbei die im Projekt entwickelte Technologie der feld-unterstützten Selbst-Justage im flüssigen Medium. Hiermit können Nanodrähte an vorbestimmte Stellen in vorgefertigte Schaltungsstrukturen selektiv deponiert und zu Schaltungen komplettiert werden. Dieser Ansatz wurde sowohl auf InP-Substraten wie auf Silizium-Substraten umgesetzt. Im InP-System wurde die komplette Herstellung von Abtast-Haltegliedern aus der Kombination von Schaltungskomponenten des Trägersubstrates mit den nachträglich verbauten Nanodraht Transistoren durchgeführt. Die Messungen an den hergestellten Abtast-Haltegliedern zeigte eine einwandfreie Schaltungsfunktion bis zu einer Abtastrate von 100 MHz. Im Silizium System gelang unter großen technologischen Schwierigkeiten die Herstellung der nachträglich deponierten Nanodraht Transistoren mit den Kontaktstrukturen der Silizium CMOS Schaltkreise des japanischen Kooperationspartners. Schaltungssimulationen auf der Basis der entwickelten Transistormodelle der InAs Nanodrähte zeigen, das hiermit eine analog-digital Wandlung mit 7-bit Auflösung bei einer Abtastrate von 800 MHz möglich ist. Die zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten der feld-unterstützten Selbst-Justage bieten sich dort, wo eine etablierte Schaltungstechnologie an zentralen Stellen durch nanoskalige Strukturen ergänzt werden kann. Dies gilt für bestehende Defizite des Ausgangmaterials, wie z. B. für fehlende elektrisch stimulierte Lichtemission aus Silizium und für spezifische Leistungsdaten der Nanostruktur wie das überragende Oberfläche-zu-Volumen Verhältnis für Anwendungen in der Sensorik und hier speziell auch der Photovoltaik. An diesen Aufgaben wird auch in der Gruppe des Antragstellers im Rahmen der Forschergruppe FOR 1616 „Dynamics and Interactions of Semiconductor Nanowires for Optoelectronics“ und dem Vorhaben „Nanoskalige III-V / Silizium Heterostrukturen für hocheffiziente Solarzellen“ gearbeitet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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On the temporal behavior of DC and rf characteristics, of InAs nanowire MISFET, ISDRS 2009, College Park, MD, December 9‐11, 2009
Y Otsuhata, T Waho, K Blekker, W Prost, F‐J Tegude
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Fabrication and RF performance of InAs Nanowire FET, IEEE Device Research Conference, University of Notre Dame, IN, USA, 21.‐23. June 2010
W. Prost, F.‐J. Tegude
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“Circuit Implementation of InAs Nanowire FET” Int. Conf. on Solid State Devices and Materials, The University of Tokyo, September 22‐24, 2010
W Prost, K Blekker, F‐J Tegude
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“High Frequency Measurements on InAs Nanowire Field‐Effect Transistors Using Coplanar Waveguide Contacts”, IEEE Trans. Nanotechnology, vol. 9 no. 4, p.432‐437, 2010
K Blekker, B Münstermann, A Matiss, Q T Do, I Regolin, W Brockerhoff, W Prost, F‐J Tegude
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Comparison of InAs nanowire conductivity: influence of growth method and structure, pss C
K. Sladek, A. Winden, S. Wirths, K. Weis, C. Blömers, Ö. Gül, T. Grap, S. Lenk, M. von der Ahe, T. E. Weirich, H. Hardtdegen, M. I. Lepsa, A. Lysov, Z.‐A. Li, W. Prost, F.‐J. Tegude, H. Lüth, T. Schäpers, D. Grützmacher
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Evaluation of High‐Frequency Characteristics of InAs Nanowire MISFET; IEICE Annual Conference, Sapporo, September 2011
T Watanabe, Y Otsuhata, T Waho, K Blekker, W Prost, F‐J Tegude
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III/V Semiconductor Nanowire Transistors, chap. 7, in Advances in III/V Semiconductor Nanowires and Devices, ed. J Li, D Wang, and R R LaPierre, Bentham Science Publ. eISBN: 978‐1‐60805‐052‐9, September 2011
F‐J Tegude, W Prost
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InAs nanowire circuits fabricated by field‐assisted self‐assembly on a host substrate, 9th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics, Gifu, Japan 29.08.2011
K Blekker, R Richter, O Benner, B Münstermann, A Lysov, I Regolin, W Prost, R Oda, S Taniyama, T Waho
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n‐type doping of vapor‐liquid‐solid grown GaAs nanowires, Nanoscale Res Lett 2011, 6:65
C Gutsche, A Lysov, I Regolin, K Blekker, W Prost, F‐J Tegude
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Ohmic contacts to n‐GaAs nanowires, J Appl. Phys., 110, 014305 (2011)
C Gutsche, A Lysov, I Regolin, A Brodt, L Liborius, J Frohleiks, W Prost, F‐J Tegude
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Planar‐defect characteristics and cross‐sections of <001>, <111>, and <112> InAs nanowires, J. Appl. Phys., 114320 (2011)
Zi‐An Li, C Möller, V Migunov, M Spasova, M Farle, A Lysov, C Gutsche, I Regolin, W Prost, F‐J Tegude, P Ercius
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Sample‐and‐hold circuits using InAs nanowire FET´s, WOCSDICE, Diocesan Museum of Catania, 30.05.‐01.06. 2011
T Waho, S Taniyama, R Richter, O Benner, K Blekker, W Prost
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InAs Nanowire Circuit Application, Japanese Physical Society Annual Meeting, Nishinomiya, Japan, 24 Mar 2012 ‐ 27 Mar 2012
Takao Waho, Werner Prost
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InAs nanowire circuits fabricated by field‐assisted self‐assembly on a host substrate, IEICE TRANS. ELECTRON., vol. E95‐C, no. 8, p.1369‐1375, 2012
K Blekker, R. Richter, R. Oda, S. Taniyama, O. Benner, G. Keller, B Münstermann, A. Lysov, I. Regolin. T. Waho, W Prost
