Dem Wunsch der Computerindustrie nach immer kleineren Transistoren steht die Wirklichkeit des Isoliermaterials gegenüber: Bisher verwendete man Transistoren mit einer Dünnschicht nicht leitendem Siliziumdioxid (SiO2), bei dessen maximal möglicher Schichtdicke von rund 1,4 Nanometer allerdings Leckströme auftreten können. Nun haben Forscher eine neuartige Verbindung, so genanntes metallorganisches Hafniumoxid (HfO2), entwickelt, das sich besser zur Isolierung von Transistoren verwenden lässt.
Wie die Wissenschaftler im amerikanischen Online-Magazin „Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology“ schreiben, lässt es sich dicker auf Oberflächen auftragen und vermeidet so Leckströme.
Mit Hafniummolekülen zum Erfolg
Das Team am Lehrstuhl für Anorganische Chemie der Ruhr-Universität Bochum um Anjana Devi, Adrian Milanov, Malte Hellwig und Raghunandan Bhakta forscht bereits seit November 2002 an der Herstellung eines dielektrischen Stoffes, mit dem man Oberflächen von Elektronikbauteilen effektiver beschichten kann als mit Siliziumdioxid.
Die Arbeitsgruppe entdeckte metallorganisches Hafniumoxid (HfO2), ein so genanntes „High-k-Material“, das man trotz der kleinen Transistoren-Oberflächen dicker auftragen kann als SiO2. Leckströme lassen sich so vermeiden. In einem industriellen Reaktor in Jülich nutzten sie die Beschichtungsverfahren Chemische Dampfabscheidung (CVD) und Atomlagenabscheidung (ALD), um dünne Schichten von HfO2 herzustellen. Sie erhitzten Hafniummoleküle, um aus dem entstehenden Gas die Feststoffkomponente HfO2 zu gewinnen. Neben Hafniumoxid eignet sich auch Zirkoniumoxid (ZrO2) als aussichtsreiche Alternative zu SiO2.
Erfinderpreis und internationales Renommee
Mit ihren Forschungsergebnissen verschaffte sich die AG national und international Gehör: Sie gewann den Erfinderwettbewerb 2005 der RUB, den die RUBITEC (Gesellschaft für Innovation und Technologie der RUB) seit 2003 ausschreibt. Zusammen mit ihr hat sie die Entdeckung 2006 zum Patent angemeldet.
Bei ihren neuesten Prozessoren setzen die Computerfirmen Intel und IBM bereits HfO2 als dielektrisches Oxid zur Beschichtung von Oberflächen ein und erreichen Transistorengrößen von gerade einmal 45 Nanometer. Auf einem Prozessor findet damit rund eine Milliarde Transistoren Platz.
(idw – Ruhr-Universität Bochum, 21.03.2007 – DLO)
