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Jan 11, 2024

Germanium

Forscher mehrerer Forschungsinstitute haben Elektronen und nachgewiesen

Forscher mehrerer Forschungsinstitute haben gezeigt, dass sich Elektronen und Löcher in bestimmten Germanium-Zinn-Legierungen schneller bewegen können als in Silizium oder Germanium. Die Forschung wurde durchgeführt, um vertikal ausgerichtete Transistoren zu verbessern und Schaltkreise mit niedrigeren Betriebsspannungen und viel kleineren Grundflächen als entsprechende planare Schaltkreise zu zeigen.

Forscher am ForschungsZentrum Jülich, Deutschland; die University of Leeds, Großbritannien; IHP – Innovations for High Performance Microelectronics, Frankfurt (Oder), Deutschland, und RWTH Aachen, Deutschland, haben zu einem in Nature Communications Engineering veröffentlichten Artikel mit dem Titel Vertical GeSn Nanowire MOSFETs for CMOS Beyond Silicon beigetragen.

Sie berichteten, dass Germanium-Zinn-Transistoren eine 2,5-mal höhere Elektronenmobilität aufweisen als ein vergleichbarer Transistor aus reinem Germanium. Und da Germanium und Zinn beide zur Gruppe IV des Periodensystems gehören, derselben Gruppe wie Silizium, könnten diese Transistoren mit bestehenden Produktionslinien direkt in herkömmliche Siliziumchips integriert werden.

In dem Papier heißt es: „GeSn-Legierungen bieten eine einstellbare Energiebandlücke durch Variation des Sn-Gehalts und einstellbare Bandversätze in epitaktischen Heterostrukturen mit Ge und SiGe. Tatsächlich hat ein aktueller Bericht gezeigt, dass die Verwendung von 8 Prozent Zinn legiert mit 92 Prozent.“ Germanium als Quelle auf Ge-Nanodrähten verbessert die p-MOSFET-Leistungen.“

Einer der Hauptaspekte der Arbeit war die Entwicklung des epitaktischen Wachstums zur Herstellung der GeSn-Binärdateien in einer vertikalen Struktur. Der Artikel berichtet über von oben nach unten gefertigte vertikale Gate-Allround-Nanodraht-MOSFETs auf GeSn-Basis mit Nanodrahtdurchmessern bis hinunter zu 25 nm. Zwei epitaktische Heterostrukturen, GeSn/Ge/Si und Ge/GeSn/Ge/Si, sollen die Co-Optimierung von p- bzw. n-Typ-Transistoren erleichtern. Dadurch wird die volle CMOS-Funktionalität mit einem CMOS-Inverter demonstriert. Darüber hinaus weisen die n-Typ-GeSn-Geräte Schalteigenschaften bei niedrigen Temperaturen auf, um den Anforderungen des kryogenen Quantencomputings gerecht zu werden.

„Zusätzlich zu ihren beispiellosen elektrooptischen Eigenschaften besteht ein großer Vorteil von GeSn-Binärdateien auch darin, dass sie in denselben Epitaxiereaktoren wie Si und SiGe-Legierungen gezüchtet werden können, was eine optoelektronische Halbleiterplattform für alle Gruppen IV ermöglicht, die monolithisch integriert werden kann.“ Si“, berichtet die Zeitung.

„Die Zusammenarbeit zeigte das Potenzial von GeSn mit geringer Bandlücke für fortschrittliche Transistoren mit interessanten elektrischen Eigenschaften, wie z. B. hohen Trägermobilitäten im Kanal, niedrigen Betriebsspannungen und einem kleineren Platzbedarf“, sagte CEA Fellow Jean-Michel Hartmann, Mitautor von das Papier. „Die Industrialisierung ist noch weit entfernt. Wir schreiten auf dem neuesten Stand der Technik voran und zeigen das Potenzial von Germaniumzinn als Kanalmaterial.“

Vertikale GeSn-Nanodraht-MOSFETs für CMOS jenseits von Silizium

www.cea.fr

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