Modellierung und Simulation des Transports und assoziierter Phänomene in High-k-Dielektrika

• Antragsteller: Professor Dr. Paolo Lugli
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 180946098

Für eine Fortführung der Miniaturisierung integrierter Schaltkreise ist es unumgänglich SiO2 durch Isolatoren mit überlegenen dielektrischen Eigenschaften, sogenannte high-κ- Dielektrika (κ: Permittivität), zu ersetzen. Hierdurch wird das dringlichste Problem der Halbleiterindustrie, die ausufernden Leckströme, gelöst und ein weiteres Skalieren ermöglicht.Diese high-κ-Oxide sind zumeist nur unzureichend untersucht. Insbesondere der elektronische Transport birgt noch viele offene Fragen. Ziel unserer Arbeit ist die Entwicklung physikalischer Modelle zur Beschreibung der Transportprozesse sowie transportassoziierter Phänomene (z. B. Einfang von Ladungen, Degradation). Diese Modelle werden anschließend in einen kinetischen Monte Carlo Algorithmus eingebettet und in Simulationsprogramme implementiert. In aktuellen Chipgenerationen eingesetzte auf Zirkon basierende Dielektrika sollen untersucht werden. Die Qualität der Modelle wird durch umfassenden Abgleich mit experimentellen Daten gesichert. Detaillierte Sensitivitätsanalysen von high-κ-Strukturen bezüglich experimentell schwer zugänglicher Größen (z. B. Grenzflächenrauigkeiten, Defektdichte und -verteilung) sind geplant.Die vorgeschlagene theoretische Arbeit soll experimentellen Arbeiten zur Realisierung von high-κ-Strukturen als Unterstützung dienen. Ein Schwerpunkt wird die frühzeitige Identifikation weiterer Skalierungspotentiale und möglicher Problemfelder sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen