Das Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) hat ein dreijähriges Projekt zur Erforschung von eindimensionalen Nanodrähten, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 3,2 Millionen Euro gefördert wurde, erfolgreich abgeschlossen. Die Ergebnisse aus „MaKiZu (Materialintegration und Kinetik von zuverlässigkeitslimitierenden Degradationsmechanismen in 1D-Elektronik-Systemen / Material Integration and kinetics of reliability degradation mechanisms limiting in 1D electronic systems) tragen wesentlich zu den wissenschaftlichen Erkenntnissen des Forschungspfades „Silicon Nanowire“ des Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) der TU Dresden bei. Die drei Projektmitarbeiter, darunter ein „Post-Doc“, ein Doktorand und ein Techniker, wurden bei den Forschungsarbeiten wirkungsvoll vom Team des cfaed sowie des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme Dresden (IKTS) unterstützt.

An den zwei neuen Spezial-Mikroskopen im Wert von insgesamt 2,7 Millionen Euro, die im Rahmen dieses Projektes angeschafft wurden, haben darüber hinaus junge Wissenschaftler aus anderen Forschungspfaden des cfaed mit weiteren Ergebnissen wesentlich zur Grundlagenforschung des Exzellenzclusters beigetragen.

Bei dem Projekt unter Leitung von Professor Ehrenfried Zschech wurden nanoskalige Strukturen in 1D-Elektronik-Bauelementen und -Systemen analysiert, um eine Basis zur Prozessentwicklung und zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung künftiger mikroelektronischer Produkte zu schaffen. Hier sind insbesondere elektronenmikroskopische Untersuchungen zum grundlegenden Verständnis zu Diffusions- und Phasenbildungsprozessen an Schottky-Kontakten und mechanische Spannungsanalysen in Silizium-Nanodrähten zu nennen. Das Verständnis der festkörperphysikalischen Phänomene und Prozesse ist notwendig, um Schlussfolgerungen für Design, Prozesse und Materialien für neuartige mikroelektronische Bauelemente und Sensoren abzuleiten. In enger Kooperation mit den Wissenschaftlern des cfaed-Forschungspfades „Silicon Nanowire“ werden wesentliche Voraussetzungen für eine spätere industrielle Nutzung dieser Technologie geschaffen.

Es wird allgemein davon ausgegangen, dass die Leistungsfähigkeit der derzeitigen Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS, deutsch komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) in etwa zehn bis fünfzehn Jahren nicht mehr ausreichend ist. Im Exzellenzcluster für Mikroelektronik cfaed der TU Dresden, dem das DCN angegliedert ist, wird daher auf verschiedenen Wegen nach neuen Technologien geforscht, die die herkömmliche siliziumbasierten Halbleitertechniken verbessern oder ergänzen könnten.

Die auf eindimensionalen Nanostrukturen wie Silizium-Nanodrähten und Kohlenstoff-Nanoröhren basierenden innovativen Elektronik-Bauelemente sowie nanobasierte Sensorik werden eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit als derzeitige CMOS-Bauelemente und Sensorsysteme haben. Dadurch wird es möglich werden, neue Anwendungen zu erschließen, u. a. in den Bereichen Automobil, Maschinenbau, Logistik, Energie, Sensorik sowie Medizin und Gesundheitsüberwachung. Durch enge Zusammenarbeit mit innovativen Unternehmen soll die Forschung von Anfang an auf eine industrielle Nutzung ausgerichtet sein.

Die in dem Projekt erforschten strukturellen Eigenschaften an Materialien für zukünftige rekonfigurierbare, energieeffiziente und zuverlässige Halbleiterbauelemente, die am NaMLab aufgebaut werden, sind eine Voraussetzung dafür, dass Silizium-Nanodrähte mit einem Durchmesser von nur 30 Siliziumatomen für extrem kleine Transistoren integriert werden können. Elektronenmikroskopische Untersuchungen haben es ermöglicht, Siliziumatome sichtbar zu machen und die Abstände zwischen Siliziumatomen für mechanisch verspannte Nanodrähte zu ermitteln.

Für das Projekt wurden ein Rasterelektronenmikroskop mit fokussierendem Ionenstrahl (FIB/SEM) im Wert von 1,4 Millionen Euro sowie ein Sub-Mikrometer-Röntgentomograph im Wert von 1,3 Millionen Euro neu angeschafft. Weitere Großgeräte, darunter ein Nano-Röntgentomograph, ein Transmissionselektronenmikroskop und ein Atom-Probe-Tomograph, sind bereits innerhalb der TU und der kooperierenden Forschungsinstitute vorhanden und wurden für das Forschungsvorhaben genutzt.

Informationen für Journalisten:
Prof. Dr. Ehrenfried Zschech
Honorarprofessur Nanoanalytik
Tel.: +49 (0) 351 463-41093

Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed)
Matthias Hahndorf, Communications Officer
Tel.: +49 (0) 351 463-42847

cfaed
Zum Exzellenzcluster für Mikroelektronik der Technischen Universität Dresden gehören elf Forschungsinstitute, darunter die Technische Universität Chemnitz sowie zwei Max-Planck-Institute, zwei Fraunhofer-Institute, zwei Leibniz-Institute und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Auf neun verschiedenen Pfaden forschen rund 300 Wissenschaftler nach neuartigen Technologien für die elektronische Informationsverarbeitung. Sie verwenden dabei innovative Materialien wie Silizium-Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren oder Polymere. Außerdem entwickeln sie völlig neue Konzepte, wie den chemischen Chip oder Herstellungsverfahren durch selbstassemblierende Strukturen, bspw. DNA-Origami. Ziele sind zudem Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und das reibungslose Zusammenspiel der unterschiedlichen Bauelemente. Darüber hinaus werden biologische Kommunikationssysteme betrachtet, um Inspirationen aus der Natur für die Technik zu nutzen. Dieser weltweit einzigartige Ansatz vereint somit die erkenntnisgetriebenen Naturwissenschaften und die innovationsorientierten Ingenieurwissenschaften zu einer interdisziplinären Forschungsplattform in Sachsen. https://www.cfaed.tu-dresden.de