Selbst in Spezialdisziplinen wie der Halbleitertechnologie gibt es
noch getrennte Welten: Forscher arbeiten unabhängig an siliziumbasierten
CMOS-Schaltungen und III-V-Halbleitern, berichtet Prof. Wolfgang Heinrich vom
Ferdinand-Braun-Institut. In einer Zusammenführung beider Welten lägen jedoch
große Chancen, Computerchips noch schneller und leistungsfähiger zu machen.
Die CMOS-Integrationstechnik bildet seit Jahrzehnten das
Rückgrat der Halbleitertechnologie. Mit den "Complementary Metal
Oxide Semiconductors" sind mehr als 95 Prozent aller digitalen oder
analog-digitalen Schaltungen realisiert, sie sorgen beispielsweise in
Computerprozessoren für immer höhere Taktzeiten. Strebt man Frequenzen um 100
Gigahertz und darüber an, stoßen die CMOS-Schaltungen jedoch an ihre Grenzen.
Um schneller zu werden, müssen sie immer weiter verkleinert werden. Dabei
sinken die Durchbruchspannung und damit auch die Leistung signifikant, welche
die Schaltung als Signal erzeugen beziehungsweise verteilen kann.
Das
Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)
hat nun gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP)
das HiTek-Projekt gestartet, um alternative Konzepte zu entwickeln. Auf die
umfangreichen Forschungsergebnisse, die zahllose Forscherteams auf der ganzen
Welt seit vielen Jahren bei CMOS erreicht haben, wollen sie nicht verzichten.
Deshalb planen sie die Kombination zweier Technologien: Auf einen
traditionellen CMOS-Chip, der auf Silizium basiert, bringen sie eine zweite
Ebene auf. Dabei handelt es sich um eine Schaltung auf Indium-Phosphid-Basis.
„Dieses Material kann aufgrund besserer physikalischer Eigenschaften gegenüber
Silizium genau das leisten, was wir wollen: Hohe Frequenzen bei hoher
Leistung“, sagt Prof. Viktor Krozer vom FBH. Indium-Phosphid-Schaltungen
erreichen aber bei weitem nicht das hohe Maß a n Integration und
Fertigungsroutine von CMOS. „Würde man versuchen, für
Indium-Phosphid den selben Stand zu erreichen, müsste man 20 Jahre Forschung
zurückdrehen und neu beginnen“, so Krozer. Die „Sandwich-Methode“ könnte
deshalb die Lösung sein: Beide Schaltungen werden so miteinander verbunden,
dass man die Vorteile der Indium-Phosphid-Schaltung nutzen kann, ohne auf die
CMOS-Technologie zu verzichten. „Die Synchronisierung der beiden Lagen ist die
große Herausforderung unseres Projektes“, so Prof. Wolfgang Heinrich vom FBH.
„Wir werden dabei beide Lagen separat herstellen und anschließend kombinieren.
Einzelschaltungen auf den Silizium-Wafer aufzubringen, ist keine Alternative.“
Gelingt
den Projektpartnern die Kombination der Schaltungen, wäre dies ein Durchbruch
für Terahertz-Systeme. Die Idee sei zwar kein Neuland, sei aber nie konsequent
verfolgt worden, so Krozer. Die beiden Leibniz-Institute in Berlin Brandenburg
- das FBH führend in der Entwicklung von III-V-Halbleitern, und der
CMOS-Spezialist IHP- bringen eine europaweit einzigartige Kompetenz zusammen um
diese Chip-Technologie auf den Weg zu bringen. Künftige Anwendungen der
superschnellen und leistungsfähigen Chips könnten bildgebende Systeme in der
Medizin und Sicherheitstechnik oder Mobilfunkanwendungen sein. In beiden
Bereichen könnte die Grenze des Machbaren wesentlich verschoben werden, ist
sich Heinrich sicher.
Vergleich konventioneller Aufbautechnik mit Heterointegration.
Abb.: FBH, HiTek
Kontakt:
| Kontakt: Petra Immerz, E-Mail Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik Gustav-Kirchhoff-Straße 4, 12489 Berlin, Tel.: (030) 6392-2626 |
