Innovative Werkstoffe ermöglichen innovative Lösungsansätze

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.

(red/mich) 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.