Ferroelektrische Eigenschaften von AlScN eröffnen Entwicklungspotentiale für Halbleitertechnologie

Anwendungsfelder: Piezoelektrische Mikroaktuatoren und Next Generation Computing

Konkret beschäftigen sich die ISIT-Wissenschaftler mit zwei großen Anwendungsfeldern für dieses Material: Erstens wird AlScN die Grundlage für stark verbesserte piezoelektrische Mikroaktuatoren sein, wie sie etwa in Mikroscannern oder Mikrolautsprechern zum Einsatz kommen. Zweitens können neue ferroelektrische AlScN-Bauelemente einen wichtigen Beitrag zum „Next Generation Computing“ leisten: Neuromorphe Elektroniken, nichtflüchtige Speicher oder energieeffiziente Leistungstransistoren werden von den herausragenden Materialeigenschaften von AlScN profitieren. 

AlScN-basierte ferroelektrischen Feldeffekttransistoren

Im vergangenen Jahr befassten sich ISIT-Wissenschaftler mit der Entwicklung von ersten AlScN-basierten ferroelektrischen Feldeffekttransistoren. Sie verfolgten dabei das Ziel, die technologischen Voraussetzungen für die Steigerung der Effizienz von Leistungstransistoren für Energieumwandlung, E-Mobilität und Kommunikationsanwendungen zu schaffen, und schufen die Basis einer Evaluierung des Einsatzes von AlScN in Speicheranwendungen.

So demonstrierten sie die gezielte Polarisationsumschaltung des ferroelektrischen AlScN in Silizium-basierten Transistoren. Diese Leistung stellt einen wichtigen Konzeptnachweis dar und unterstreicht das Potenzial des neuartigen Materials, indem dieses neben der voranschreitenden Materialforschung ebenfalls in ersten Bauelementen integriert wird.

Angepasste Transistordesigns

Zu diesem Zweck wurden auf der Grundlage von Prozess- und Bauelementesimulationen verschiedene Transistordesigns auf die Bedürfnisse und Stärken des Materialsystems zugeschnitten. Die Designs wurden zu einem einheitlichen Prozessablauf kombiniert und in einer ersten Iteration gefertigt. Die umfassende elektrische Charakterisierung dieser Bauelemente ist noch in Arbeit. Die ersten Ergebnisse zeigen jedoch bereits den Weg zu weiteren Verbesserungen der Bauelemente-Architektur auf. Neben der kontinuierlichen Integration in siliziumbasierte Transistoren wurde ein ausgeklügelter Fahrplan für die enge Einbindung von AlScN in die kürzlich hinzugekommene GaN-Technologieplattform aufgestellt.

Für seine bahnbrechende Entwicklung wurde ISIT-Wissenschaftler Dr. Simon Fichtner mit dem Hugo-Geiger-Preis ausgezeichnet.

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