Skalierte Graphen-Nanoribbon-Transistoren für Höchstfrequenzanwendungen

• Antragsteller: Dr. Jörg Pezoldt; Privatdozent Dr.-Ing. Frank Schwierz
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242384773

Seit 2004 hat das Graphen enorme Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die hervorragenden Ladungsträgertransporteigenschaften haben weltweit Arbeiten zur Nutzung von Graphen als Kanalmaterial für zukünftige Transistorgenerationen in Gang gesetzt. Momentan wird besonders intensiv zu Graphen-Transistoren für HF-Anwendungen (Hochfrequenz) geforscht und Graphen-MOSFETs mit beeindruckenden Transitfrequenzen von mehr als 300 GHz wurden demonstriert. Allerdings liegt die für Anwendungen wichtigere maximale Schwingfrequenz fmax dieser Transistoren unter 50 GHz und ist damit erheblich geringer als die konventioneller HF-Transistoren. Kürzlich wurde gezeigt, dass das enttäuschende fmax aller bislang vorgestellten HF-Graphen-MOSFETs von ihren semi-metallischen Kanälen herrührt und dass halbleitende Kanäle für die Verbesserung des fmax-Verhaltens unbedingt nötig sind.Diese Erkenntnis liefert die Motivation für das vorliegende Projekt zu GNR-MOSFETs (graphene nanoribbon) für HF-Anwendungen. Im Projekt werden GNRs mit einer für ein gutes HF-Verhalten ausreichend großer Bandlücke als Kanäle für MOSFET genutzt und umfangreiche Forschungsarbeiten zu HF-GNR-MOSFETs durchgeführt. Die Projektpartner mit ausgewiesenen Erfahrungen zur Theorie von HF-Transistoren and zur Graphen-Technologie werden auf den folgenden Gebieten arbeiten:- Theoretische Untersuchung des Gleichstrom- und HF-Verhaltens von GNR MOSFETs.- Erarbeitung geeigneter Designs für leistungsfähige HF-GNR-MOSFETs. - Prozessierung von GNR-MOSFETs unter Verwendung von im eigenen Haus hergestelltem Epitaxie-Graphen sowie von halbleitendem Graphen, das von anderen Gruppen des SPP geliefert wird, als Startmaterial. - Materialanalyse und elektrische Charakterisierung (Gleichstrom und HF einschließlich HF-Rauschmessungen) von GNR MOSFETs.- Untersuchung des Skalierungsverhaltens von HF-Graphen-MOSFETs und Auslotung der Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit.Umfangreiche Bauelementesimulationen werden durchgeführt, um ein besseres Verständnis der Physik von GNR MOSFETs zu erhalten. Die Resultate dienen dann als Grundlage für die Erarbeitung geeigneter Designs für die zu prozessierenden HF-GNR-MOSFETs. Wichtige Ziele des Projekts sind (i) die Realisierung von HF-GNR-MOSFETs mit GNR-Breiten und Gatelängen bis hinab zu 10 nm und verbesserten elektrischen Parametern, insbesondere fmax, und (ii) eine deutliche Verbesserung des Verständnisses der Physik von GNR-MOSFETs und eine fundierte Bewertung ihres Potentials.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene