Infineon meldet Durchbruch in Carbon-Nanotube-Technik auf Silizium-Scheiben
Forschern des Münchener Halbleiterherstellers Infineon melden ein Resultat im Forschungszweig Carbon Nanotubes (CNT). Ein in der Halbleiterindustrie erprobtes Verfahren wurde so modifiziert, dass CNTs erstmals an vordefinierten Stellen auf 6-Zoll-Wafern aufwachsen. Die für viele Anwendungen hoch interessanten Eigenschaften der CNTs wie beispielsweise Stromdichten von bis zu 1010 Ampere pro Quadratzentimeter und eine annähernd doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Diamanten können damit erstmals in Wafer-kompatiblen Prozessen für die IC-Entwicklung genutzt werden. Dadurch, dass in CNTs der Strom praktisch ohne "Reibung" fließt, entsteht auch keine überschüssige Hitze, die es abzuführen gilt.
CNTs gehören zur Familie der Fullerene und stellen neben Graphit und Diamant die dritte Modifikation von Kohlenstoff dar. Ein Fulleren ist ein Cluster mit in sich geschlossener polyedrischer Struktur (also eine Art Nano-Fußball), bestehend aus einer geraden Anzahl (meist 60 oder 70) von Kohlenstoffatomen. CNTs sind jedoch nicht rund sondern länglich und stellen winzige, nahtlose Röhren mit einem extrem hohen Längen/Durchmesser-Verhältnis dar. Der Durchmesser variiert zwischen 0,4 und 100 nm, während die Länge derzeit 1 mm erreichen kann.
Ohm’sches Gesetz außer Kraft gesetzt
Die für die Halbleiterindustrie wohl interessanteste Eigenschaft von CNTs ist ihre extrem hohe Stromleitfähigkeit. Aufgrund des sogenannten ballistischen Elektronentransports wird das Ohm’sche Gesetz außer Kraft gesetzt und der elektrische Widerstand ist eine nahezu längenunabhängige Konstante. Quantenmechanische Effekte führen zu einem Widerstand von R0 = h/4e2 = 6,5 kO pro Röhre, der durch Parallelschaltung noch weiter verringert werden kann. Diese bemerkenswerte Eigenschaft der CNTs ermöglicht Stromdichten von bis zu 1010 Ampere pro Quadratzentimeter. Dies ist ein enorm hoher Wert, wenn man bedenkt, dass Kupfer bei einer Stromdichte von etwa 107 A/cm2 zu schmelzen beginnt. Angesichts der Expertenmeinung, dass Halbleiter-Chips in etwa zehn Jahren eine Stromdichte von 3,3 x 106 A/cm2 bewältigen müssen, ist die Tragweite dieser CNT-Eigenschaft hoch einzuschätzen. Mit konventionellen Stromleitern ist dies kaum realisierbar, jedenfalls nicht ohne extreme Hitzeentwicklung.
Als erste mögliche Applikation der technologischen Innovation kommen Vias in Frage, also Kontaktbrücken zwischen zwei Metallschichten in ICs. Konventionelle Vias tendieren dazu, sich bei größeren Stromdichten aufgrund der Hitzeentwicklung zu verformen und so die Funktionsfähigkeit des Chips zu beeinträchtigen. Diese Gefahr bestünde bei Einsatz von CNTs als Vias nicht mehr, denn sie bewältigen weitaus größere Stromdichten und besitzen überdies eine viel größere mechanische Stabilität. "Im nächsten Schritt wäre denkbar, dass wir mit den gewonnen Erkenntnissen in der Lage sind, sämtliche metallische Leiterbahnen im Chip durch CNTs zu ersetzen", so Dr. Franz Kreupl. Das würde dann letztlich zu einer beträchtlichen Steigerung der Chip-Taktraten führen. (as)
[ Donnerstag, 06.06.2002, 12:45 ]
Gruß Pichel
Forschern des Münchener Halbleiterherstellers Infineon melden ein Resultat im Forschungszweig Carbon Nanotubes (CNT). Ein in der Halbleiterindustrie erprobtes Verfahren wurde so modifiziert, dass CNTs erstmals an vordefinierten Stellen auf 6-Zoll-Wafern aufwachsen. Die für viele Anwendungen hoch interessanten Eigenschaften der CNTs wie beispielsweise Stromdichten von bis zu 1010 Ampere pro Quadratzentimeter und eine annähernd doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Diamanten können damit erstmals in Wafer-kompatiblen Prozessen für die IC-Entwicklung genutzt werden. Dadurch, dass in CNTs der Strom praktisch ohne "Reibung" fließt, entsteht auch keine überschüssige Hitze, die es abzuführen gilt.
CNTs gehören zur Familie der Fullerene und stellen neben Graphit und Diamant die dritte Modifikation von Kohlenstoff dar. Ein Fulleren ist ein Cluster mit in sich geschlossener polyedrischer Struktur (also eine Art Nano-Fußball), bestehend aus einer geraden Anzahl (meist 60 oder 70) von Kohlenstoffatomen. CNTs sind jedoch nicht rund sondern länglich und stellen winzige, nahtlose Röhren mit einem extrem hohen Längen/Durchmesser-Verhältnis dar. Der Durchmesser variiert zwischen 0,4 und 100 nm, während die Länge derzeit 1 mm erreichen kann.
Ohm’sches Gesetz außer Kraft gesetzt
Die für die Halbleiterindustrie wohl interessanteste Eigenschaft von CNTs ist ihre extrem hohe Stromleitfähigkeit. Aufgrund des sogenannten ballistischen Elektronentransports wird das Ohm’sche Gesetz außer Kraft gesetzt und der elektrische Widerstand ist eine nahezu längenunabhängige Konstante. Quantenmechanische Effekte führen zu einem Widerstand von R0 = h/4e2 = 6,5 kO pro Röhre, der durch Parallelschaltung noch weiter verringert werden kann. Diese bemerkenswerte Eigenschaft der CNTs ermöglicht Stromdichten von bis zu 1010 Ampere pro Quadratzentimeter. Dies ist ein enorm hoher Wert, wenn man bedenkt, dass Kupfer bei einer Stromdichte von etwa 107 A/cm2 zu schmelzen beginnt. Angesichts der Expertenmeinung, dass Halbleiter-Chips in etwa zehn Jahren eine Stromdichte von 3,3 x 106 A/cm2 bewältigen müssen, ist die Tragweite dieser CNT-Eigenschaft hoch einzuschätzen. Mit konventionellen Stromleitern ist dies kaum realisierbar, jedenfalls nicht ohne extreme Hitzeentwicklung.
Als erste mögliche Applikation der technologischen Innovation kommen Vias in Frage, also Kontaktbrücken zwischen zwei Metallschichten in ICs. Konventionelle Vias tendieren dazu, sich bei größeren Stromdichten aufgrund der Hitzeentwicklung zu verformen und so die Funktionsfähigkeit des Chips zu beeinträchtigen. Diese Gefahr bestünde bei Einsatz von CNTs als Vias nicht mehr, denn sie bewältigen weitaus größere Stromdichten und besitzen überdies eine viel größere mechanische Stabilität. "Im nächsten Schritt wäre denkbar, dass wir mit den gewonnen Erkenntnissen in der Lage sind, sämtliche metallische Leiterbahnen im Chip durch CNTs zu ersetzen", so Dr. Franz Kreupl. Das würde dann letztlich zu einer beträchtlichen Steigerung der Chip-Taktraten führen. (as)
[ Donnerstag, 06.06.2002, 12:45 ]
Gruß Pichel
