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Technik|Digitales

Chemie macht Transistoren kleiner

Oberflächenchemiker der Universität von Illinois in Urbana-Champaign in den Vereinigten Staaten haben eine chemische Behandlung von Siliziumoberflächen entwickelt, die die Verkleinerung elektronischer Schaltkreise erleichtern könnte. Dabei werden freie Bindungen der Oberflächenatome mittels eines Stickstoffgemischs so manipuliert, dass sie Kristallbaufehler in tieferen Atomschichten korrigieren können. Dies ermöglicht den Einsatz des herkömmlichen Fabrikationsverfahrens für Dioden und Transistoren auch in der nächsten Chipgeneration, so die Forscher.

Das zentrale Element der in Computerchips allgegenwärtigen Transistoren und Dioden sind winzige Grenzgebiete zweier unterschiedlich dotierter Siliziumschichten. Diese aktiven Regionen sind derzeit etwa 25 Nanometer dick und sollen Moores berühmtem Gesetz zufolge innerhalb der nächsten Jahre auf etwa 10 Nanometer verkleinert werden.

Um die Halbleiter zu dotieren, werden in der Regel Fremdatome wie etwa Bor oder Arsen in Form von Ionen in eine reine Siliziumoberfläche geschossen. Dabei entstehen allerdings Kristallbaufehler, wenn Siliziumatome aus ihrem angestammten Gitterplatz hinausgeschossen werden und sich dann an Plätzen zwischen den Gitterstellen ansammeln.

Edmund Seebauer und seine Kollegen haben nun eine rein chemische Lösung für dieses Problem gefunden. Dabei machen die Forscher sich die Tatsache zunutze, dass die Oberflächenatome einer Siliziumscheibe überschüssige Bindungsstellen aufweisen, weil über ihnen schließlich keine weiteren Atomschichten vorhanden sind.

Durch eine Stickstoffbehandlung ist es den Forschern gelungen, einen Teil dieser Bindungen abzusättigen. Wie sich herausstellte, ziehen die freien Bindungsstellen bei einem bestimmten Verhältnis von freien zu abgesättigten Bindungen bevorzugt Siliziumatome aus Fehlstellen unterhalb der Oberfläche heraus. Auf diese Weise können durch den Ionenbeschuss entstandene Kristallfehler in den Atomschichten unterhalb der Oberfläche korrigiert werden, so Seebauer.

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Bisher mussten derartige Fehler durch eine Hitzebehandlung der Siliziumscheiben korrigiert werden. Durch die Erwärmung erhöht sich die Diffusionsrate der Atome drastisch, so dass die Fehlatome zur Oberfläche wandern. Leider bewegen sich allerdings auch die dotierten Fremdatome von ihren Gitterplätzen weg, so dass sich das Dotierungsprofil verbreitert. Dies stellte bisher das größte Hindernis bei der Herstellung von dotierten Regionen mit Dicken von nur wenigen Nanometern dar.

Da die chemische Methode in der Lage ist, selektiv Siliziumatome zu entfernen, tritt dieses Problem nicht auf. Somit könnten auch in Zukunft die aktiven Regionen von Halbleiterbauelementen mittels Ionenbeschuß hergestellt werden. Weitere Informationen finden sich in einer Pressemitteilung der Universität.

Stefan Maier
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