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Faszination Technik Kleinere und bessere Halbleiterbauteile für die Mikroelektronik

Von Sandro Kipar 1 min Lesedauer

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Christian-Albrechts- Universität zu Kiel
SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH
Novotechnik Messwertaufnehmer OHG
Franke GmbH

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: eine winzige Speicherzelle, die extremen Temperaturen standhält.

Blick auf die Nanoebene: Im Rastertransmissionselektronenmikroskop analysiert Niklas Wolff von der Universität zu Kiel die atomare Struktur des Materials. Da es sich zwischen verschiedenen Zuständen schalten lässt, kann es als Speicher genutzt werden.(Bild: Julia Siekmann, Uni Kiel)
Blick auf die Nanoebene: Im Rastertransmissionselektronenmikroskop analysiert Niklas Wolff von der Universität zu Kiel die atomare Struktur des Materials. Da es sich zwischen verschiedenen Zuständen schalten lässt, kann es als Speicher genutzt werden.
(Bild: Julia Siekmann, Uni Kiel)

Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des Fraunhofer-Instituts für Siliziumtechnologie in Itzehoe (ISIT) haben einen Halbleiter entwickelt, der selbst extremen Temperaturen bis zu 1.000 Grad Celsius standhalten kann. Heute verfügbare Siliziumspeicher funktionieren nur bis maximal 150 Grad. Laut einer Mitteilung handelt es sich dabei um eine nur vier bis fünf Nanometer dünne Schicht aus Aluminium-Scandium-Nitrid. Die Ergebnisse der Forscher wurden zuerst in der Fachzeitschrift „Advanced Science“ veröffentlicht.

Mit dem entwickelten Material könnten in Zukunft nur wenige Nanometer kleine Bauelemente hergestellt werden, die sich in bestehende Halbleitertechnologien integrieren lassen. Der Spannungsbedarf der Chips liegt dann laut den Forschern bei nur einem Volt. Insgesamt ergeben sich daraus Speicherzellen, die deutlich stabiler sind als bisher genutzte Siliziumspeicher, so die Forscher. Damit werden Anwendungen als Informationsspeicher oder in Sensoren bei Verbrennungsprozessen in Motoren oder Turbinen, in der chemischen Industrie oder in der Stahlindustrie möglich.

Anordnung der Atome ändert sich

Aluminium-Scandium-Nitrid gehört zudem zu den ferroelektrischen Materialien. Ferroelektrika sind permanent elektrisch ausgerichtet, auch wenn kein äußeres elektrisches Feld angelegt wird. Legt man nun eine elektrische Spannung an, kehrt sich die Kristallstruktur des Materials auf atomarer Ebene und damit seine elektrische Ausrichtung um. Die elektrischen Eigenschaften dieser Materialien lassen sich also von außen kontrolliert verändern, sie können zwischen zwei Zuständen „geschaltet“ werden, heißt es weiter.

Konkret ändert sich nach dem Anlegen der Spannung laut den Forschern die Anordnung der Stickstoff- und Aluminiumatome. Das passiert jedoch nicht überall im Material gleichzeitig wie bei einigen anderen ferroelektrischen Materialien, sondern fließend, also in einzelnen Bereichen nacheinander. Aktuelle Speichertechnologien kennen dagegen nur die Zustände 0 und 1. Mit der neuen Technologie seien also noch weitere Zwischenzustände und damit ganz andere Anwendungen denkbar.

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