2D-Materialien auf der Basis der Chalcogenide MoS2 und WS2

Neue Halbleitermaterialien

Die Chalcogenide MoS2 und WS2 werden hier als alternative Halbleitermaterialien (2D-Schichtmaterialien) zu Silizium verwendet. Statt herkömmlicher Dotierung von Silizium für Herstellung von n- oder p-Typ Halbleitern, werden Kontakte mit Materialien verwendet, die durch ihre unterschiedlichen Austrittseigenschaften die Austrittsarbeit beeinflussen. Diese Materialien werden typischerweise in sehr dünnen Schichten verarbeitet. Die anschließenden Schritte zur Abscheidung und Strukturierung ermöglichen die Herstellung von 2D-integrierten Bausteinen mit mehreren Ebenen. Die geringe Dicke (<= 2 nm) garantiert die vollständige Beeinflussung der Lage der Fermienergie in vertikaler Richtung. Fraunhofer bietet die Zusammenarbeit zur Entwicklung von neuen Baudelementen auf der Basis dieser Materialien und der Adaption von Standard-CMOS-Schritten.

Wafer Handling Modul des PlasmaPro®100 Clusters von Oxford Instruments Plasma Technology
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Wafer Handling Modul des PlasmaPro®100 Clusters von Oxford Instruments Plasma Technology

Sensoren und Aktoren

2D-Bipolarstrukturen werden hier zur Signalverbesserung eingesetzt. Statt lateraler Feldeffekttransistor (FET) Layout wird ein vertikales bipolares Layout zur Signalverstärkung verwendet. Dies ermöglicht die Detektion des Elektronenaustausches in den Oberflächenreaktionen, und folglich dessen Nutzung für Sensorik. Das funktioniert besonders gut in hochpolaren Medien wie Wasser, die normalerweise geringe Polaritätsänderungen abschirmen, wenn FET Layout genutzt werden. 

Analoges neuromorphes “Computing at the Edge”

Die Hardware für die Neuronen für neuromorphes Computing kann mit multi-Gate Transistoren realisiert werden.  Durch Wahl des Diskriminationsgrades der Neuronen kann die Ausgangsantwort eingestellt werden. Für Spiking-Neuron-Anwendungen ist eine inhärente Erzeugung von Spikes mit den 2D-Materialien MoS2 oder WS2 möglich. Das Design der analogen neuronalen Bauteile ähnelt dem Design der 2D-bipolaren Strukturen.

Die Leistungen der Fraunhofer EMFT 

  • Applikationsspezifische Entwicklung von Bauteilen
  • Design von Bauteilen
  • Strukturelle und elektrische Charakterisierung von Materialien und Bauteilen (Leistungsanalyse)
  • Keine Unteraufträge für Schichtabscheidung

Technologie

Als Anlage steht Fraunhofer EMFT ein 3-Kammer Cluster-Tool zur Verfügung, gefördert durch deutsches Bundesministerium für Bildung und Forschung (Projekt FMD, 16FMD01K).
Bearbeitung von Wafern in der Größe 200 mm ist möglich, mit Adaptern können auch kleinere Wafer und Proben bearbeitet werden. Dies ermöglicht den Transfer der Ergebnisse aus der Forschung in eine Produktionsumgebung. Die drei Kammern der Anlage ermöglichen die folgenden Prozessierungsarten:

  • Sulfidisierung von Metallschichten (400 °C bis 800 °C); inkl. induktiv gekoppeltes Plasma
  • Chemical-Vapour-Deposition (CVD)-Prozess (400 °C bis 800 °C)
  • Atomic Layer Deposition (ALD)-Prozess bei niedrigeren Temperaturen (200 °C bis 550 °C); reaktives Ionenplasma und induktiv gekoppeltes Plasma
  • Atomic-Layer-Etch (ALE)-Prozess; Anregung von adsorbierten Ätzgasen durch reaktive Ionenbombardement

Diese Kompetenzen stehen für Ihre Anwendungsthemen an der Fraunhofer EMFT zur Verfügung, nehmen Sie Kontakt mit uns auf!

 

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