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Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik (einschließlich Gemeinsame Labore) Ein Schwerpunkt der Materialforschung waren neue Hoch-k-Dielektrika für spezifische Anwendungen. An den Gemeinsamen Laboren mit der BTU Cottbus bzw. der TFH Wildau wurde an Si-basierten Lichtemittern und Quantenbauelementen bzw. an neuen Bauelementekonzepten gearbeitet. 1. Globale Heteroepitaxie edler Schichten Zielstellung ist die Untersuchung von heteroepitaktischen Halbleiterschichten auf Si-Substraten für die Leistungssteigerung bzw. für die Realisierung zusätzlicher Funktionalitäten. Gearbeitet wird an epitaktischen Germaniumschichten auf Si(111), die über gitter-fehlangepasste praseodymbasierte Oxidpuffer, hergestellt mittels MBE und CVD, gewachsen werden. Derartige Schichten haben das Potential, auch als Integrationsplattform für GaAs zu dienen. Außerdem wird an epitaktischen Siliziumschichten über Oxidpuffern auf Si(111) gearbeitet. Ziel ist hier die Realisierung von verspanntem Silizium über Heterostrukturen. Zur Zeit ist die erreichbare Defektdichte noch ein limitierender Faktor. 2. Neue Dielektrika für DRAMs Die im Rahmen des BMBF-Projektes MEGA EPOS durchgeführten Arbeiten haben die Entwicklung dielektrischer Materialien für hochskalierte DRAM- Kapazitäten (Dynamic Random Access Memories) zum Ziel. Erreicht werden sollen eine Dielektrizitätskonstante >30, eine „Capacitance Equivalent Thickness“ (CET)
3. Neue Dielektrika für MIMs Im Fokus der Arbeiten stehen neue Hoch-k-Dielektrika für Anwendungen in MIM-Kondensatoren (Metall-Isolator-Metall) mit hoher Kapazitätsdichte und geringer Spannungsabhängigkeit. MIM-Kondensatoren sind wichtige passive Bauelemente in Hochfrequenz-Schaltungen und sonstigen integrierten Schaltungen. Der Ersatz der konventionellen Materialien SiO 2 und Si 3 N 4 durch Hoch-k-Dielektrika ist notwendig, um im Zuge der weiteren Miniaturisierung die Kapazitätsdichte zu erhöhen. So wurden die elektrischen Eigenschaften der mittels AVD (Atomic Vapor Deposition) gewachsenen Sr-Ta-O-Schichten in MIM-Kondensatoren untersucht. Diese Kondensatoren besitzen eine Kapazitätsdichte von 4,5 fF/µm 2 in Kombination mit einer ITRS-konformen Linearität. 4. Integrierte SAW-Filter Ziel ist die Backend-Integration von abstimmbaren, ZnO-basierten Oberflächenwellenfiltern (SAW-Filtern) für die drahtlose Breitbandkommunikation. Dazu wurden erste ZnO-Schichten bei 400°C auf SiO 2 abgeschieden und Filter präpariert. 5. Silizium-basierte Lichtemitter Im Projekt SiLEM (Silizium Lichtemitter) arbeitet das IHP zusammen mit dem MPI für Mikrostrukturphysik Halle und der Universität Stuttgart. Ziele sind die Erhöhung der D-Band-Emission sowie ein besseres Verständnis der Physik der Lumineszenz implantationsinduzierter Defekte bei 1,5 µm Wellenlänge. Zusätzlich wurde die Verschiebung der Emissions-Wellenlänge durch den Stark-Effekt beobachtet, wodurch die Integration von Lichtemitter und Modulator in einem Bauelement möglich erscheint. 6. Bandstruktur-Design Gemeinsam mit der RWTH Aachen wurde an Multi- Quantumwells aus nanokristallinen Silizium-Schichten gearbeitet. Dabei wurde Quantum-Confinement beobachtet, wodurch sich die effektive Bandlücke bis 1,8 eV vergrößerte. 2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 7 d A S J A H R 2 0 0 7 – U P d A T E 2 0 0 7 3. new dielectrics for MIMs new High-k-dielectrics for applications in MIM-capacitances (Metal-Isolator-Metal) with high area capacitance and low voltage dependence are in the focus. MIM-capacitances are important passive devices in RF circuits and other integrated circuits. the conventional materials Sio 2 and Si 3 n 4 must be replaced by High-k-dielectrics in order to enhance the area capacitance for higher scaled circuits. In this context the electrical properties of Sr-ta-o layers in MIM capacitances were investigated. these capacitances show an area capacitance of 4.5 fF/µm 2 together with a linearity in the limits described by the ItRS. 4. Integrated SAW filters Goal is the backend integration of tunable, Znobased SAW (Surface Acoustic Wave) – based filters for the wireless and broadband communication. In 2007, first Zno-layers were deposited on Sio 2 at 400°C and filters were prepared. 5. Silicon-based light emitters In the project SileM (Silicon light emitters) the IHp collaborates with the MpI of Microstructure physics Halle and the university Stuttgart. Goals are an increasing D-band emission and a better understanding of the physics of the luminescence of implantation induced defects at a wavelength of 1.5 µm. Additionally, a shift of the emission wavelength by the Stark-effect was observed, whereby the integration of light emitters and modulators in a device appears possible. 6. Bandstructure design Multi quantum wells consisting of nanocrystalline silicon layers were investigated in cooperation with the RWtH Aachen. At these investigations a quantum confinement was observed, increasing the effective band gap up to 1.8 eV.
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