Nanoelektronische Bauelemente

 

Der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, kurz MOSFET, ist bei Weitem das erfolgreichste und das am weitesten verbreitete elektronische Bauelement. Die Skalierung der Abmessungen von MOSFETs führte zu Integrationsdichten mit Milliarden von Transistoren, die auf ein paar Quadratzentimeter Chipfläche passen. Allerdings musste bei der Skalierung stets das Auftreten von sogenannten Kurzkanaleffekten vermieden werden, die zu nicht tolerierbaren Leckströmen führen können. So wurde in den letzten Jahren der klassische Silizium-MOSFET mehr und mehr durch Transistoren ersetzt, die aus alternativen Materialien sowie dreidimensionalen Bauteilarchitekturen bestehen. Darüber hinaus werden derzeit neuartige Bauelement-Konzepte zur Realisierung hochintegrierter Schaltungen mit extrem geringer Leistungsaufnahme untersucht. Die vorliegende Vorlesung beschäftigt sich mit nanoelektronischen Bauelementen und bietet detaillierte Einblicke in ihre bauelement-physikalischen Aspekte und diskutiert die Limitierungen sowie mögliche Lösungsstrategien.

  Schematische Abbildung von Nanoelektronischem Bauteil Urheberrecht: IHT RWTH  

Der Kurs beginnt mit der Wiederholung des klassischen MOSFETs und einer Erklärung des Moore'schen Gesetzes, der Skalierung von Transistoren sowie des damit verbundenen Auftretens und der Auswirkungen von sogenannten Kurzkanaleffekten. Strategien zur Umgehung von Kurzkanal-Effekten wie der Einsatz von Nanodraht-Transistoren, Kohlenstoff-Nanoröhrchen- und Graphen-Bauelementen werden eingeführt und detailiert diskutiert. Weiterhin werden neuartige Bauelement-Konzepte wie Schottky-Barrieren-MOSFETs und Band-zu-Band-Tunnel-Feldeffekt-Transistoren untersucht. Zusätzlich zu einfachen Modellen, die die Vorhersage der Bauelement-Charakteristik auf der Grundlage des ballistischen elektronischen Transports ermöglichen, gibt diese Vorlesung eine Einführung in Techniken zur Simulation von Bauelementen, insbesondere in den Nicht-Gleichgewichts-Green-Funktions-Formalismus.

Der Kurs wird nicht auf traditionelle Weise mit zwei Stunden Vorlesung und einer Stunde Übung gelehrt. Stattdessen wird die Übung in die Vorlesung integriert und die Studierenden müssen einen Teil des Vorlesungsmaterials in Teams von 3 bis 4 Studierenden er- und ausarbeiten. Die Abschlussprüfung ist eine schriftliche Prüfung.
Der Kurs wird regelmäßig im Winter angeboten und legt den Grundstein für den Kurs Quantensimulationen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen-Nanoribbon-Feldeffekttransistoren.

Vorlesungstermine und weitere Informationen im Campus Office.