{"id":7993,"date":"2023-07-17T15:03:34","date_gmt":"2023-07-17T07:03:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/?p=7993"},"modified":"2023-07-17T15:03:42","modified_gmt":"2023-07-17T07:03:42","slug":"greatly-improving-polycrystalline-germanium-transistor-properties","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/greatly-improving-polycrystalline-germanium-transistor-properties\/","title":{"rendered":"Erhebliche Verbesserung der Eigenschaften von polykristallinen Germaniumtransistoren"},"content":{"rendered":"

Eine Forschungskooperation hat eine neue polykristalline Filmbildungstechnologie entwickelt, um eine dreidimensionale (3D) Stapeltechnologie f\u00fcr hochintegrierte Schaltkreise (LSIs) zu erreichen und die Leistung von N-Typ-Transistoren aus polykristallinem Germanium (Ge) erheblich zu verbessern.<\/p>\n

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Polykristallines Ge kann bei einer niedrigeren Temperatur (500 \u00b0C oder weniger) gebildet werden als das weit verbreitete polykristalline Silizium (Si). Dadurch k\u00f6nnen CMOS-Schaltkreise direkt darauf gestapelt werden\u00a0integrierte Schaltkreise<\/a>\u00a0ohne thermische Sch\u00e4den zu verursachen, was als elementare Technologie f\u00fcr 3D-LSI vielversprechend ist. Dar\u00fcber hinaus ist die Beweglichkeit von Elektronen und L\u00f6chern in Ge h\u00f6her als in Si, sodass ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb und ein Niederspannungsbetrieb zu erwarten sind. F\u00fcr den Betrieb integrierter Schaltkreise sind N-Typ- und P-Typ-Transistoren erforderlich. P-Typ-Transistoren aus polykristallinem Ge haben bereits eine ausreichende Leistung erreicht, die der herk\u00f6mmlicher einkristalliner Si-Transistoren nahe kommt. Allerdings ist der Treiberstrom von N-Typ-Transistoren um das Zehnfache oder mehr niedriger als der von herk\u00f6mmlichen Si-Transistoren, was ein Problem darstellte. Die entwickelte Technologie erh\u00f6hte den Treiberstrom etwa um das Zehnfache gegen\u00fcber der herk\u00f6mmlichen Technologie, so dass erwartet wird, dass die Betriebsgeschwindigkeit von integrierten Schaltkreisen aus polykristallinem Ge auf dem f\u00fcr den praktischen Einsatz erforderlichen Niveau liegt und zur Realisierung von 3D-LSI-Ger\u00e4ten beitr\u00e4gt.<\/p>\n

Die Einzelheiten der entwickelten Technologie wurden auf dem \u201e2014 International Electron Device Meeting\u201c bekannt gegeben, das vom 15. bis 17. Dezember 2014 in San Francisco, USA, stattfindet.<\/p>\n

Heutzutage verf\u00fcgen viele Menschen \u00fcber IT-Ger\u00e4te wie Smartphones und Tablets und die Menge der verarbeiteten Informationen hat dramatisch zugenommen. W\u00e4hrend eine weitere Verbesserung der Informationsverarbeitungsf\u00e4higkeit von IT-Ger\u00e4ten w\u00fcnschenswert ist, nimmt der Stromverbrauch dieser IT-Ger\u00e4te zu. Daher ist es wichtig, diesen IT-Ger\u00e4ten einen extrem niedrigen Stromverbrauch zu verleihen, um eine Gesellschaft zu f\u00f6rdern, die weniger Energie verbraucht. W\u00e4hrend eine hohe Leistung und ein geringer Stromverbrauch von LSIs bisher durch Miniaturisierung von Transistoren erreicht wurden, hat sich eine weitere Miniaturisierung als technologische und wirtschaftliche Herausforderung erwiesen. Mittlerweile bieten integrierte 3D-Schaltkreise, in denen mehrere LSIs gestapelt sind, nicht nur eine hohe Integration und hohe Leistung ohne die Notwendigkeit einer Miniaturisierungstechnologie, sondern auch energiesparende Vorteile durch die Reduzierung der Leitungsverz\u00f6gerung. Es wurde eine M\u00f6glichkeit entwickelt, d\u00fcnne Filme aus individuell erstellten LSIs zu erzeugen und diese zu stapeln, ist jedoch kostspielig und verbessert die Verdrahtungsdichte nicht ausreichend. Daher ist es w\u00fcnschenswert, \u00fcber eine neuartige 3D-LSI-Technologie zu verf\u00fcgen, die CMOS-Schaltkreise so bildet, dass sie kontinuierlich in einer Verdrahtungsschicht integrierter CMOS-Schaltkreise gestapelt und mit den oberen und unteren Dr\u00e4hten verbunden werden.<\/p>\n

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Abbildung 1: Prozess zur Herstellung eines N-Typ-Transistors mit dem zweistufigen FLA-Verfahren<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Zusammen mit Tsutomu Tezuka (Specified Concentrated Research Specialist), Koji Usuda (Specified Concentrated Research Specialist) (beide derzeit bei Toshiba Corporation) und anderen Mitgliedern der New Material\/New Structure CMOS Development Group hat das gemeinsame Forschungsteam Green Nanoelectronics Center (GNC) Das im Nanoelektronik-Forschungsinstitut des AIST gegr\u00fcndete Unternehmen hatte bis Ende M\u00e4rz 2014 gemeinsame Forschungen zu P-Typ- und N-Typ-MOSFETs unter Verwendung von polykristallinem Ge durchgef\u00fchrt (AIST-Pressemitteilung vom 12. Dezember 2013). Ziel dieser Forschung war die Entwicklung leistungsst\u00e4rkerer LSIs, die weniger Strom verbrauchen. Durch die vorliegende Forschung wurden neue Produktionsprozesse eingef\u00fchrt, die zur Entwicklung polykristalliner Ge-Transistoren vom N-Typ mit noch h\u00f6herer Leistung f\u00fchrten.<\/p>\n

Diese Forschung wurde (GJ 2010 bis GJ 2013) am GNC mit Unterst\u00fctzung des F\u00f6rderprogramms f\u00fcr weltweit f\u00fchrende innovative Forschung und Entwicklung in Wissenschaft und Technologie der Japan Society for the Promotion of Science durchgef\u00fchrt, einem System, das vom Rat f\u00fcr Wissenschafts- und Technologiepolitik entwickelt wurde.<\/p>\n

Ein polykristalliner Ge-Film, der Transistoren bildet, wird wie folgt gebildet: Eine thermische Oxidschicht (SiO2) wird auf einem Si-Substrat gebildet, dann wird das Sputterverfahren verwendet, um einen amorphen Ge-Film abzuscheiden, der dann durch thermische Verarbeitung unter Verwendung von Blitzlampengl\u00fchen kristallisiert wird ( FLA). Wenn dieser polykristalline Ge-Film zur Bildung eines Transistors verwendet wird, betr\u00e4gt die Temperatur in den Prozessen nach der thermischen Verarbeitung maximal 350 \u00b0C, ohne dass es zu Sch\u00e4den kommt, selbst wenn auf dem Substrat ein integrierter Schaltkreis mit Kupferdr\u00e4hten vorhanden ist. Der Prototyp-Transistor hat eine verbindungslose Transistorstruktur mit der in den Diagrammen in der Zusammenfassung gezeigten Rippenform (konzeptionelles Diagramm und schematisches Diagramm der Struktur). Die Kanal- und Source\/Drain-Teile eines \u00fcbergangslosen N-Typ-Transistors m\u00fcssen alle vom N-Typ sein. Da polykristallines Ge jedoch normalerweise vom P-Typ ist, war es notwendig, die polykristalline Ge-Schicht unter Beibehaltung der Qualit\u00e4t in den N-Typ umzuwandeln. Dazu wurden nach der ersten W\u00e4rmebehandlung mit der FLA-Methode N-Typ-Verunreinigungen (Phosphor) implantiert und ein zweites Mal eine FLA durchgef\u00fchrt, um diese Verunreinigungen zu aktivieren (Abb. 1). Mit dieser zweistufigen FLA-Methode konnte ein hochwertiger polykristalliner Ge-Film vom N-Typ hergestellt werden.<\/p>\n

Die Hall-Effekt-Mobilit\u00e4t, die die Qualit\u00e4t des mit dieser Methode hergestellten polykristallinen Ge-Films darstellt, ist in Abb. 2 dargestellt. Sowohl die polykristallinen Ge-Filme vom N-Typ (Elektronen) als auch vom P-Typ (L\u00f6cher) hatten eine Mobilit\u00e4t, die die von einkristallinen \u00fcbertraf Si. Dies zeigt, dass ein Transistor mit Eigenschaften, die denen von einkristallinem Si \u00fcberlegen sind, mithilfe eines polykristallinen Ge-Films hergestellt werden konnte, der mit der entwickelten Methode gebildet wurde.<\/p>\n

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Abbildung 2: Hall-Effekt-Mobilit\u00e4t des mit der entwickelten Methode hergestellten polykristallinen Ge<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n

Ein \u00fcbergangsloser polykristalliner Ge-Transistor vom N-Typ (Gatel\u00e4nge: 70 nm) wurde hergestellt, indem der oben beschriebene polykristalline Ge-Film vom N-Typ in eine Flossenform verarbeitet und zus\u00e4tzlich eine Nickel-Geranium-Legierung (Ni-Ge-Legierung) gebildet wurde Source- und Drain-Regionen. Die \u00dcbertragungs- und Ausgangseigenschaften sind in Abb. 3 dargestellt. Der Drain-Stromwert bei einer Betriebsspannung von 1 V n\u00e4herte sich nahezu 120 \u00b5A\/\u00b5m, ein Wert, der etwa zehnmal h\u00f6her ist als der herk\u00f6mmliche Wert und einem polykristallinen Si-N-MOSFET entspricht fast gleich gro\u00df. Es wird angenommen, dass die zweistufige FLA-Methode die Aktivierungsrate der Verunreinigungen gegen\u00fcber dem herk\u00f6mmlichen Wert verbesserte und den parasit\u00e4ren Widerstand verringerte. Die entwickelte Technologie verbesserte die Betriebsgeschwindigkeit des N-Typ-Transistors deutlich, der zuvor als \u201eFlaschenhals\u201c beim Betrieb integrierter Schaltkreise polykristalliner Ge-Transistoren galt. Polykristalline Si-Transistoren, die tendenziell mit polykristallinen Ge-Transistoren verglichen werden, weisen im Allgemeinen eine schlechtere Leistung auf als einkristalline Si-Transistoren. Die Leistung von polykristallinen Ge-Transistoren vom P-Typ \u00fcbertrifft bereits die von polykristallinen Si-Transistoren und liegt auf dem Niveau von einkristallinen Si-Transistoren. Die entwickelte Methode machte somit gro\u00dfe Fortschritte bei der Realisierung leistungsstarker polykristalliner Ge-CMOS-Schaltkreise.<\/p>\n

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Abbildung 3: \u00dcbertragungseigenschaften (links) und Ausgangseigenschaften (rechts) des entwickelten polykristallinen Ge-Transistors vom N-Typ<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n

Bei den \u00dcbertragungseigenschaften in Abb. 3 ist der Sperrstrom gro\u00df, sodass das Ein-\/Aus-Verh\u00e4ltnis beim Anlegen von 1 V nur etwa 10 betrug, was problematisch war. Um den Sperrstrom zu reduzieren, wurde daher eine Struktur eingef\u00fchrt, die R\u00e4ume zwischen den Ni-Ge-Elektroden und dem Gate bereitstellt, wodurch der Sperrstrom auf 1\/1000 reduziert wird (Abb. 4). W\u00e4hrend der Durchlassstrom leicht abnahm, kann durch die Optimierung der Abst\u00e4nde zwischen den Ni-Ge-Elektroden und dem Gate ein hoher Durchlassstrom und ein niedriger Ausschaltstrom erwartet werden.<\/p>\n

Zuk\u00fcnftige Pl\u00e4ne umfassen die Bildung eines integrierten Schaltkreises, der polykristallines Ge vom P-Typ und N-Typ kombiniert\u00a0Transistoren<\/a>\u00a0auf eine Isolierfolie aufgetragen und die Funktionsf\u00e4higkeit des Schaltkreises \u00fcberpr\u00fcft. Weitere Ziele umfassen die Entwicklung eines 3D-LSI mit gestapeltem polykristallinem Ge, um das LSI stark zu miniaturisieren, die Leistung zu steigern und den Stromverbrauch zu senken.<\/p>\n

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Abbildung 4: Schematische Darstellung des Aufbaus des verbesserten Ger\u00e4ts (links) a<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

A research collaborative has developed a new polycrystalline film-forming technology to achieve a three-dimensional (3D) stacking technology for large-scale integrated circuits (LSIs), greatly improving the performance of N-type polycrystalline germanium (Ge) transistors.   Polycrystalline Ge can be formed at a lower temperature (500 \u00b0C or below) than the widely used polycrystalline silicon (Si). This allows<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":7997,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[1],"tags":[],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7993"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7993"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7993\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7998,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7993\/revisions\/7998"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/7997"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7993"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7993"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7993"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}