Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Mit einzelnen Quanten-Hall-Bauelementen können, über die Beziehung Rn=h/(ne²), die Widerstandswerte R2=12,9 kΩ und R4= 6,45 kΩ mit einer sehr geringen Unsicherheit realisiert und für die Kalibrierung von Widerständen genutzt werden. Dabei sind in der Regel messtechnisch aufwendige Transferketten erforderlich, um die Genauigkeit des Quantennormals auf die sehr vielen unterschiedlichen industriell genutzten Widerstandwerte zu übertragen.

Diese Transferketten kann man vermeiden, wenn einzelne Quanten-Hall-Bauelemente zu einem Netzwerk von Reihen- und Parallelwiderständen verschaltet werden, da man dann im Prinzip beliebige Widerstandswerte erzielen kann. Dass bei einer solchen Schaltung trotz der unvermeidlichen Verbindungswiderstände die fundamentale Genauigkeit des Quantennormals nicht verloren geht, beruht auf einer besonderen Art der Verschaltung, deren Funktionsweise zu Beginn der 90er Jahre am französichen metrologischen Staatsinstitut von F. Delahaye demonstriert wurde.

Die Herstellung solcher integrierter Quanten-Hall-Schaltungen stellt eine Reihe zusätzlicher Anforderungen sowohl bei der Herstellung des Halbleitermaterials als auch bei der Herstellung der eigentlichen integrierten Schaltungen. Bei der Materialherstellung ist es wichtig, eine über den Wafer besonders gleichmäßige Elektronendichte zu erzielen, da die Gesamtfläche der integrierten Schaltung deutlich größer als die eines Einzelbauelements ist. Bei den Prozessen zur Schaltungserstellung stellen die erforderlich werdende Mehrlagentechnologie sowie die Qualität und Ausbeute der Kontakte die größten Herausforderungen dar, die dank der hervorragenden Möglichkeiten des Reinraumzentrums der PTB jedoch zu meistern sein werden.

Das Bild zeigt einen Ausschnitt aus einem 100 MΩ QH-Array
vor den letzten beiden Fertigungsschritten.