ULTIMOS2 - Ultimatives Skalierungs- und Leistungspotential von MoS2 Feldeffekttransistoren

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Seit im Jahr 2011 ein Transistor mit einem Kanal aus zweidimensionalem (2D) Molybdändisulfid (MoS₂) demonstriert wurde, wird 2D-Materialien jenseits von Graphen sehr großes Interesse entgegengebracht. Weltweit werden insbesondere 2D Transition Metal Dichalcogenides (TMDs) mit MoS₂ als prominentestem Vertreter für elektronische Anwendungen erforscht. MoS₂ weist eine deutliche Bandlücke auf und ist daher für die zukünftige Digitalelektronik sehr attraktiv. Allerdings befindet sich die MoS₂-Technologie in einem frühen Stadium und das tatsächliche Potenzial von MoS₂-Feldeffekttransistoren (FETs) ist noch unklar. Das macht es derzeit sehr schwierig oder gar unmöglich, die prinzipiellen Grenzen der Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit von MoS₂-FETs einzuschätzen und ihre Aussichten für die zukünftige Elektronik realistisch zu beurteilen. Diese Situation liefert die Motivation für dieses Projekt, das auf die Herstellung, Theorie und Simulation von ultimativ skalierten MoS₂-FETs gerichtet ist. Drei Projektpartner, zwei deutsche und ein österreichischer, mit anerkannter und sich perfekt ergänzender Expertise auf den Gebieten Technologie und Theorie von 2D-Transistoren werden intensiv zu MoS₂-FETs forschen und die folgenden Aufgaben bearbeiten:

• Untersuchung des Skalierungsverhaltens von MoS₂-FETs durch umfassende experimentelle und theoretische Studien.
• Demonstration von MoS₂-FETs mit weniger als 10 nm Gate-Länge.
• Kritische Beurteilung des Potenzials ultimativ skalierter Mono- und Mulitlagen-MoS₂-FETs unter Berücksichtigung von technologischen Randbedingungen, von Schaltgeschwindigkeiten und von nichtidealitäten wie Charge Trapping.
• Erforschung des Potenzials von p-Typ MoS₂ FETs.

Es werden aktuellste nano- und mikrotechnologische Verfahren zur Erforschung der Skalierungsgrenzen von MoS₂ FETs eingesetzt. In Kombination mit umfangreichen Arbeiten zur Bauelementetheorie und -simulation wird der Kenntnisstand zur Leistungsfähigkeit von MoS₂-FETs deutlich verbessert. Die theoretischen Arbeiten sind eng mit den Experimenten verknüpft und werden u.a. genutzt, um geeignete Designs für MoS₂-FETs zu erarbeiten, wobei Spezifika der Prozessierung und Nichtidealitäten wie Charge-Trapping berücksichtigt werden. Komplette Prozessflüsse zur Realisierung ultimativ skalierter MoS₂-FETs mit Modulen zur Abscheidung von MoS₂ und Gate Dielektrika, zur Bornitrid-Verkapselung und zur Formierung ohmscher Kontakte werden etabliert. Die damit gefertigten Teststrukturen und Bauelemente, einschließlich Hochfrequenzstrukturen zur Extraktion der Schaltzeit, werden einer umfassenden Analyse und Charakterisierung unterzogen, deren Resultate wiederum zur Bewertung der theoretischen Ergebnisse genutzt werden. Das Projekt wird zu einem deutlichen Erkenntnisgewinn in der Physik, im Skalierungsverhalten und in der Prozessintegration von MoS₂-FETs und zu einer fundierten Beurteilung ihrer Vor- und Nachteile führen.

ULTIMOS2 wird gefördert von der deutschen Forschungsgemeinde - DFG (TUI und RWTH) sowie dem Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung - FWF (TUW).

Projektpartner:

TU Ilmenau (TUI), Deutschland

TU Wien (TUW), Österreich