Methode beseitigt Unsicherheiten bei der Schichtung von Oxidhalbleitern

Sep 19, 2023

Tokio, Japan – Integrierte 3D-Schaltkreise spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Effizienz der Elektronik, um den hohen Anforderungen der Verbraucher gerecht zu werden. Sie werden ständig weiterentwickelt, aber die Umsetzung theoretischer Erkenntnisse in tatsächliche Geräte ist nicht einfach. Nun kann ein neues Design eines Forschungsteams aus Japan diese Theorien in die Realität umsetzen.

In einer kürzlich für das VLSI-Symposium 2023 veröffentlichten Studie haben Forscher des Institute of Industrial Science der Universität Tokio über einen Abscheidungsprozess für Nanoschicht-Oxidhalbleiter berichtet. Der aus diesem Prozess resultierende Oxidhalbleiter weist eine hohe Ladungsträgermobilität und Zuverlässigkeit in Transistoren auf.

Integrierte 3D-Schaltkreise bestehen aus mehreren Schichten, die jeweils eine Rolle für die Gesamtfunktion spielen. Oxidhalbleiter erregen als Materialien für verschiedene Schaltungskomponenten große Aufmerksamkeit, da sie bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden können, dabei dennoch eine hohe Ladungsträgermobilität und einen geringen Ladungsverlust aufweisen und hohen Spannungen standhalten können.

Die Verwendung von Oxiden gegenüber Metallen bietet auch Vorteile bei Prozessen, bei denen Elektroden während des Integrationsprozesses möglicherweise Sauerstoff ausgesetzt sind und oxidiert werden.

Allerdings ist die Entwicklung der Prozesse, die zur zuverlässigen Abscheidung sehr dünner Schichten aus Oxidhalbleitermaterialien bei der Herstellung von Geräten erforderlich sind, eine Herausforderung und bisher noch nicht vollständig etabliert. Kürzlich haben die Forscher über eine Atomlagenabscheidungstechnik (ALD) berichtet, die Schichten erzeugt, die für die Integration im großen Maßstab geeignet sind.

„Mit unserem Verfahren haben wir eine systematische Untersuchung von Feldeffekttransistoren (FETs) durchgeführt, um deren Grenzen zu ermitteln und ihre Eigenschaften zu optimieren“, erklärt Hauptautor der Studie, Kaito Hikake. FETs steuern den Stromfluss in einem Halbleiter. „Wir haben das Verhältnis der Komponenten abgestimmt und die Vorbereitungsbedingungen angepasst. Unsere Erkenntnisse führten zur Entwicklung eines Multi-Gate-Nanoblatt-FET für normalerweise ausgeschalteten Betrieb und hohe Zuverlässigkeit.“

Die Ergebnisse zeigten, dass ein FET, der aus dem von ALD ausgewählten Oxidhalbleiter hergestellt wurde, die beste Leistung aufwies. Es wird angenommen, dass der Multi-Gate-Nanoblatt-FET der erste ist, der hohe Ladungsträgermobilität und Zuverlässigkeitseigenschaften mit normalem Sperrbetrieb kombiniert.

„In sich schnell entwickelnden Bereichen wie der Elektronik ist es wichtig, Proof-of-Concept-Ergebnisse in industriell relevante Prozesse umzusetzen“, sagt Masaharu Kobayashi, leitender Autor. „Wir glauben, dass unsere Studie eine robuste Technik liefert, mit der Geräte hergestellt werden können, die den Marktbedarf nach herstellbaren 3D-integrierten Schaltkreisen mit hoher Funktionalität decken.“

Die Ergebnisse dieser Studie haben eine Lösung für eines der großen Hindernisse bei der Herstellung elektronischer Geräte mit Halbleitern geliefert. Wir hoffen, dass dadurch mehr Elektronikdesigns mit hoher Funktionalität in tatsächliche Produkte integriert werden.