AttoSwitch: Auf dem Weg zu Nanotransistoren mit extrem niedrigem Energieverbrauch
AMO GmbH ist eines der sechs Projektpartner von AttoSwitch, einem Horizon Europe-Projekt, das die einzigartigen Eigenschaften von Dirac-Halbleitern nutzt, um extrem energieeffiziente Transistoren für logische und analoge Hochfrequenz-Chips zu entwickeln.
Informations- und Kommunikationstechnologien haben einen immer größeren Einfluss auf die weltweite Energienachfrage. Prognosen zufolge werden sie bis zum Ende des Jahrzehnts 20 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachen. Innovationen in der Transistortechnologie können diesen Trend teilweise bremsen, indem sie energieeffizientere Elektronik ermöglichen. Die Energieeffizienz der CMOS-Elektronik wird jedoch letztlich durch thermische Effekte begrenzt, die der Betriebsspannung herkömmlicher Transistoren – der so genannten Boltzmann-Grenze – und damit dem Energieverbrauch eine untere Grenze setzen. Um diese Grenze zu überwinden, müssen radikal neue Transistortechnologien entwickelt werden, was das Ziel des Projekts AttoSwitch ist.
AttoSwitch strebt durch die Entwicklung einer neuartigen subthermischen Transistortechnologie auf der Basis von Dirac-Semimetallen, d.h. innovativen Materialien mit linearem Dispersionsverhältnis, eine Elektronik mit deutlich verbesserter Energieeffizienz bei Raumtemperatur an. Das Hauptziel ist die Entwicklung einer skalierbaren Technologie für Dirac-Feldeffekttransistoren (DFETs) basierend auf der großflächigen Integration von 2D- und 3D-Dirac-Materialien (z.B. Graphen und CoSi). Im Rahmen des Projektes sollen leistungsfähige Demonstratoren auf technologisch relevanten Längenskalen realisiert werden, die einen Unterschwellenhub von 35 mV/Dekade und eine Schaltenergie von 4 Attojoule erreichen sollen. Die Hauptdemonstratoren basieren auf Graphen, das mit MoS2- und WSe2-Kanälen integriert ist, sowie auf neuartigen Bauelementen mit 3D-Dirac-Halbleitern.
Die Projektmethodik umfasst die Entwicklung von Prozessmodulen für die Bauteile sowie eine umfassende Material- und Bauteilcharakterisierung. Die systematische Modellierung unter Verwendung neuer Simulationsframeworks wird eine Schlüsselrolle beim Benchmarking und bei der Erstellung einer Technologie-Roadmap spielen. Die Unterstützung von Studenten, die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern und der Aufbau internationaler Kooperationen werden ebenfalls zur Wettbewerbsfähigkeit Europas im Halbleiterbereich beitragen.
Im Rahmen des Projekts trägt AMO insbesondere zu folgenden Bereichen bei
- Nanomaterialien für die Entwicklung von Dirac-Materialien.
- Nanofabrikation/Halbleiterprozesse zur Realisierung von Demonstratoren.
- Metrologie zur physikalischen Charakterisierung der Materialien.
AttoSwitch ist ein 42-monatiges Projekt, das von der Europäischen Kommission und dem Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) finanziert wird. Koordiniert wird das Projekt vom „Italian University Nanoelectronics Team“ (IUNET-Konsortium), dem die Universitäten Bologna, Modena/Reggio-Emilia und Udine angehören. Projektpartner sind AMO GmbH (Deutschland), IBM Research GmbH (Schweiz), International Iberian Nanotechnology Laboratory (Portugal), imec (Belgien) und die Universität Lund (Schweden).
