Traceable characterisation of nanostructured devices
Seit einiger Zeit findet in der elektronischen Welt ein Umbruch statt. Über 20 Jahre war Silizium das dominierende Material und der MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) das dominierende elektronische Bauteil. Für spezielle Anwendungen wurden III - V Verbindungshalbleiter eingesetzt. Um bestehende wie auch sich abzeichnende Anforderungen hinsichtlich Miniaturisierung, Energieverbrauch und Arbeitsgeschwindigkeit erfüllen zu können, werden anorganische Halbleitermaterialien und neue 3D-Architekturen wie Mehrgatter-FETs und FETs auf Basis von Nanomaterialien mit Strukturgrößen unter 30 nm entwickelt und kommen immer stärker zur Anwendung. Die Metrologie muss hier Verfahren bereitstellen, mit denen rückführbare und quantitative Messungen der chemischen Zusammensetzung dieser Materialien in komplexen räumlichen Anordnungen mit eingebetteten Grenzflächen und mit Nanometer-Tiefenauflösung möglich sind. Gleichzeitig gibt es immer mehr Elektronik-Bauteile, die auf organischen Halbleitern basieren und aus einzelnen Molekülen in hochgeordneten Strukturen und polymeren Halbleitern in Dünnfilmen bestehen. Diese werden bespielsweise in organischen lichtemittierenden Bauteilen und Photovoltaikanlagen eingesetzt. Wesentliche Vorteile dieser Halbleiter liegen in den geringeren Kosten, dass ein flexibles Substrat genommen werden kann und darin, dass diese Strukturen auch großflächig industriell aufgebracht werden können. Daher erfüllen zum Beispiel organische Solarzellen vom Grundsatz her eher die Voraussetzungen für eine Massenproduktion und große Einsatzbandbreite als ihre anorganischen Gegenstücke. Effizienz und Stabilität müssen allerdings gewährleistet sein, was gegenwärtig aufgrund aufgrund von Einschränkungen in den metrologischen Möglichkeiten noch nicht gegeben ist. Im Gegensatz zu anorganischen Halbleiter-Elementen spielt bei organischen Systemen nicht nur die atomare und elektrische Verteilung eine Rolle, sondern auch die chemische und molekulare Anordnung im Nanobereich. Für diese organische Elektronikmaterialien müssen daher eigene Verfahren zur dreidimensionalen nanoskaligen chemischen und elektrischen Charakterisierung entwickelt werden.
Das Verbundprojekt ist darauf ausgerichtet, eine metrologische Infrastruktur zu entwickeln, mit der eine rückführbare Messung und Charakterisierung physikalischer und chemischer Eigenschaften neuartiger nanostrukturierter Bauelemente mit Abmessungen unter 30 nm möglich wird. Hierzu gehören chemischen Tiefenprofilmessungen mit einer Tiefenauflösung besser als 10 nm und einer räumlichen Auflösung besser als 100 nm bei einer Eindringtiefe von bis zu 400 nm. Weiterhin soll es unter anderem zukünftig möglich sein, Eigenschaften wie Leitfähigkeit und Ladungsträgermobilität von Materialien innerhalb von Dünnfilmen mit Nanoskala-Auflösung zu erfassen. Die Forschungsarbeiten werden in enger Kooperation mit einem der größten Forschungszentren für Nano- und Mikroelektronik in Europa IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre), einem der größten Institute für anwendungsorientierten Forschung in Mikroelektronik und Nanotechnologien in Frankreich, CEA-Leti, und dem führenden europäischen Hersteller von Instrumenten für physikalisch-chemische Oberflächenanalytik durchgeführt werden.
Die PTB hat die Leitung des Arbeitspakets übernommen, dass sich mit der Verbesserung zerstörungsfreier Verfahren für die Charakterisierung von Nanoschichten und eingelagerten Schnittstellen befaßt. Hierzu gehört beispielsweise die Aufnahme chemischer Tiefenprofile von Nanoschichten mit Empfindlichkeiten für die Aufzeichnungstiefe und hoher Informationsdichte für Tiefen von bis zu 200 nm.
Weitere Informationen über das Projekt und die Projektpartner:
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Ansprechpartner
Dr. Burkhard Beckhoff
Telefon: 030 3481 7170
E-Mail: burkhard.beckhoff@ptb.de
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