Weltweit erster rekonfigurierbarer Transistor aus Germanium demonstriert
Wissenschaftler des Nanoelectronic Materials Laboratory (NaMLab gGmbH) und des Exzellenzclusters Center for Advancing Electronics Dresden an der Technischen Universität Dresden haben den weltweit ersten Transistor aus Germanium realisiert, der sich elektrisch zwischen Elektronen- (n) und Löcherleitung (p) umprogrammieren lässt. Aufgrund der geringeren Bandlücke gegenüber Silizium können Transistoren aus Germanium mit niedriger Einsatzspannung betrieben werden. Daher ermöglichen die Transistoren aus Germanium einen wesentlich energiesparenderen Betrieb als vergleichbare Transistoren aus Silizium. Zudem ist der realisierte Transistor aus Germanium abhängig von den angelegten Spannungen sowohl mit Elektronen- als auch mit Löcherleitung (rekonfigurierbar) einsetzbar. Damit lassen sich elektronische Schaltungen bei gleicher Funktionalität mit einer geringeren Anzahl an Transistoren im Vergleich zu der derzeitig angewandten CMOS Technologie realisieren.
Die heutige digitale Elektronik besteht zum überwiegenden Teil aus integrierten Schaltungen. Seit mehr als 40 Jahren werden die in den Schaltungen enthaltenen Transistoren schrittweise verkleinert um die Rechenleistung und Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen. Der aktuelle Trend geht dabei dahin, in den gängigen Transistoren Materialien mit höherer Ladungsträgerbeweglichkeit als Silizium, wie eben Germanium oder auch Indium-Arsenid, einzusetzen. Einem Einsatz in der Praxis steht aber derzeit unter anderem ein signifikant erhöhter Leckstrom und die damit verbundene höhere statische Verlustleistung im Auszustand entgegen, die aus den geringen Bandabständen der Materialien resultiert. Dem Wissenschaftler-Team um Jens Trommer und Dr. Walter Weber von der NaMLab gGmbH ist es jetzt in Kooperation mit dem cfaed gelungen, Transistoren aus Germanium-Nanodrähten zu entwickeln, die durch ein spezielles Design mit mehreren unabhängigen Elektroden die störenden Leckströme entlang des Kanals unterdrücken. Dr. Weber, der beim cfaed die Nanodrähte-Forschungsgruppe leitet, erklärt: „Die erreichten Ergebnisse demonstrieren erstmalig gleichzeitig niedrige Einsatzspannungen und geringe Leckströme, sowie den damit einhergehenden reduzierten Energieverbrauch, welcher eine Anwendung des neuen Transistors in energie-effizienten Schaltungen ermöglicht.“ Die aktuellen Arbeiten wurden im Journal ACS Nano publiziert.
Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Projektes ReproNano gefördert und sind in Zusammenarbeit mit dem Exzellenzcluster „Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed)“ durchgeführt worden. Die NaMLab gGmbH wird eine mögliche Umsetzung in zukünftige Produkte sowie weiteren Forschungs- und Entwicklungs-Aktivitäten in diesem Bereich mit ihren Industriepartnern anstreben.
