Neues Chris­tian Dopp­ler Labor für Multi-Scale-Pro­zess­mo­del­lie­rung von Halb­lei­ter-Bau­ele­men­ten und Sen­so­ren eröff­net. Im Fokus ste­hen neue Ansätze zur Beur­tei­lung von Mate­ria­lien mit­tels Simulationstechnik. 

Das Chris­tian Dopp­ler (CD) Labor für Multi-Scale-Pro­zess­mo­del­lie­rung von Halb­lei­ter-Bau­ele­men­ten und ‑Sen­so­ren wurde soeben eröff­net und wid­met sich inno­va­ti­ven Ansät­zen, die der Beur­tei­lung von Eigen­schaf­ten neuer Mate­ria­lien in der Halb­lei­ter­indus­trie die­nen. Da expe­ri­men­telle Ansätze oft teuer und zeit­auf­wen­dig sind, soll das CD-Labor rund um For­scher Lado Fili­po­vic (TU Wien) gemein­sam mit dem Soft­ware­un­ter­neh­men Sil­vaco nun rechen­ge­stützte Metho­den for­cie­ren. Das Vor­ha­ben wird vom Bun­des­mi­nis­te­rium für Arbeit und Wirt­schaft finan­zi­ell gefördert. 

BMAW för­dert neue Anwen­dungs­be­rei­che von Halbleitern
„Halb­lei­ter-Kom­po­nen­ten ste­hen am Anfang der meis­ten wich­ti­gen stra­te­gi­schen Wert­schöp­fungs­ket­ten und gel­ten somit als Eck­pfei­ler für Inno­va­tion und die Wett­be­werbs­fä­hig­keit eines Wirt­schafts­stand­or­tes“, erläu­tert Mar­tin Kocher, Bun­des­mi­nis­ter für Arbeit- und Wirt­schaft. „Die For­schungs­ar­beit des neuen CD-Labors, um das bis­her domi­nie­rende Sili­zium durch neue Mate­ria­lien zu erset­zen, kann zur Stär­kung der Inno­va­ti­ons­kraft Öster­reichs im Bereich der Mikro­elek­tro­nik bei­tra­gen“, so Kocher. 

Neue Halb­lei­ter­ma­te­ria­lien sind zudem auch die Vor­aus­set­zung für not­wen­dige künf­tige Anwen­dun­gen in der Ener­gie- und Mobi­li­täts­bran­che. Sili­zium gilt dabei als das wich­tigste Mate­rial in der Her­stel­lung, stößt aber zuneh­mend an die Gren­zen sei­nes Nut­zens. „Die Nach­frage nach immer klei­ne­ren und schnel­le­ren inte­grier­ten Schalt­krei­sen hat die Effi­zi­enz des Mate­ri­als bis an die Grenze des Mach­ba­ren getrie­ben“, erklärt Lado Fili­po­vic. Daher wird auf der Nano­skala inten­siv an alter­na­ti­ven Mate­ria­lien geforscht. 

Neue Spei­cher­kon­zepte basie­ren auf dem Ein­satz neu­ar­ti­ger Materialien
Die Bran­che strebt nicht nur nach immer klei­ne­ren Tran­sis­to­ren, in denen Halb­lei­ter zum Ein­satz kom­men, neue Mate­ria­lien kön­nen auch wei­tere fort­schritt­li­che und inno­va­tive Anwen­dun­gen ermög­li­chen. „Ener­gie­ef­fi­zi­ente Hoch­leis­tungs­bau­ele­mente und Sen­so­ren eig­nen sich bes­ser für Halb­lei­ter. Neu ent­ste­hende Spei­cher­kon­zepte basie­ren auf dem Ein­satz neu­ar­ti­ger Mate­ria­lien wie etwa Haf­ni­um­oxid (HfOx) oder Magne­si­um­oxid (MgO)“, so Filipovic. 

Seit der Ent­de­ckung von Gra­phen wurde auch eine große Viel­falt an neuen 2D-Mate­ria­lien für zahl­rei­che Anwen­dun­gen unter­sucht, dar­un­ter auch digi­tale Tran­sis­to­ren und Sen­so­ren. „Die Zukunft fast aller Elek­tronik­in­dus­trien, ein­schließ­lich der Dis­play-Tech­no­lo­gien, der Opto­elek­tro­nik und der Sen­so­rik, basiert mit gro­ßer Wahr­schein­lich­keit auf dem wei­te­ren Ver­ständ­nis neu­ar­ti­ger Mate­ria­lien und der Frage, wie diese in die bestehen­den Her­stel­lungs­ver­fah­ren für Mikro­elek­tro­nik inte­griert wer­den kön­nen“, erläu­tert Filipovic. 

Grund­la­gen für die effi­zi­ente Her­stel­lung der High-Tech-Pro­dukte von morgen
Der neue mehr­stu­fige Ansatz kom­bi­niert nun zwei Extrema in Zeit- und Län­gen­ska­len für die Model­lie­rung mit­ein­an­der, das soge­nannte Kon­ti­nuum-Modell und das ato­mis­ti­sche Modell. „Die Simu­la­tion greift erst auf das Kon­ti­nuum-Modell zurück und nur, wenn nötig, auf das zeit- und rechen­auf­wän­di­gere ato­mis­ti­sche Modell“, erklärt Fili­po­vic. Bei der Ent­wick­lung des Ansat­zes grei­fen die Kom­pe­ten­zen von TU Wien und dem Unter­neh­mens­part­ner Sil­vaco opti­mal ineinander. 

„Sil­vaco ist einer der welt­weit füh­ren­den Anbie­ter von TCAD-Soft­ware, EDA-Soft­ware und Design IP. Außer­dem ver­fügt das Unter­neh­men über lang­jäh­rige Erfah­rung in der Halb­lei­ter­indus­trie und kennt die wich­tigs­ten Pro­blem­stel­lun­gen in die­sem Bereich“, unter­streicht Lado Fili­po­vic von TU Wien und CD-Labor. Gemein­sam kön­nen die For­scher und das Unter­neh­men nun die Grund­la­gen für die effi­zi­ente Her­stel­lung der High-Tech-Pro­dukte von mor­gen schaffen.