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"Für einen Cent in einer Sekunde von Paris nach New York fliegen <br>oder <br> Der unaufhaltsame Weg zur Nanoelektronik "

"Für einen Cent in einer Sekunde von Paris nach New York fliegen oder Der unaufhaltsame Weg zur Nanoelektronik "

Prof. Dr. H. Jörg Osten Institut für Halbleiterbauelemente und Werkstoffe, Universität Hannover Bereich Nanoelektronik

Ort: Hörsaal im LfI (Schneiderberg 32, Hannover, Deutschland)
Zeit: Mittwoch, den 23.02.05 um 17:30 - 18:30 + anschließendes Beisammensein

Die Entwicklung der Mikroelektronik war in den letzten Jahrzehnten hauptsächlich durch die ständige Reduzierung der Strukturmaße (Skalierung) geprägt. Dabei blieben der Aufbau der Baugruppen sowie die verwendeten Materialien nahezu unverändert. Diese Entwicklung ist kurz vor ihrem Endpunkt, da eine weitere Verkleinerung der Strukturen auf physikalische Grenzen stößt. Wir durchleben somit einen grundlegenden Wechsel in der mikroelektronischen Entwicklung/Forschung. Innovationen auf allen Ebenen sind jetzt notwendig für die weitere Entwicklung der Mikroelektronik in Richtung einer Nanoelektronik:

  • neue Materialien in konventionellen Bauelementen mit sub-100 nm-Strukturen
  • neue Bauelementekonzepte und Funktionsprinzipien
  • neuartige Schaltungs- und Systemlösungen

Dabei wird Silizium zumindest auch in den nächsten Jahren der hauptsächlich genutzte Halbleiter bleiben.

Ausgehend von einem kurzen Abriss der Geschichte der Mikroelektronik bis zur Gegenwart werden folgende mögliche Showstopper der weiteren Entwicklung diskutiert:

  • Physikalische Grenzen
  • Leistung und Wärme
  • Grenzen der verwendeten Materialien
  • Grenzen der konventionellen Bauelemente
  • neue Probleme beim Schaltungs- und Systementwurf
  • technische und ökonomische Limits.

Innovationen auf allen Ebenen sind notwendig für die weitere Entwicklung der konventionellen Mikroelektronik in den sub-100 nm Bereich entsprechend der Roadmap-Vorhersagen. Dazu zählen:

  • Einsatz neuer Materialien (low-K bzw. high-K-Dielektrika, heteroepitaktische Systeme, Ausnutzung von Spannungen in strained silicon usw.)
  • Veränderung der klassischen Bauelementekonzepte (Nanoclusterspeicher, Tri-Gate-Transistoren, FINFET usw.)
  • Veränderungen in den IC-Architekturen bzw. Entwurfmethodiken

Trotz aller Innovationen wird die "klassische" Mikroelektronik (CMOS bzw. bipolar) sich verschiedenen, nicht überwindbaren Grenzen nähern, die revolutionäre Veränderungen in der gesamten Elektronik (Technologie aber auch Entwurf) erfordern. Die sich abzeichnende Nanoelektronik umfasst unter anderem:

  • Bauelemente mit abzählbaren Elektronenzahlen
  • Selbstorganisation statt Strukturierung
  • Molekularelektronik
  • Ausnutzung von anderen physikalischen Effekten (z.B. Spintronik)
  • Verlassen der digitalen Welt (z.B. Quantencomputer)

Dabei werden sowohl top-down als auch bottom-up Ansätze gleichberechtigt benötigt.

Abschließend werden im Vortrag ausgewählte Forschungsergebnisse der Universität Hannover auf dem Weg zur Nanoelektronik kurz vorgestellt.