Herstellung und Charakterisierung nanoelektronischer Bauelemente und Schaltungen
Die Mikro- und Nanofabrikation ist eine Schlüsseltechnologie und wird für die Herstellung von hochintegrierten Schaltungen, elektromechanischen Mikro-/Nanosystemen, integrierter Silizium-Photonik, Photovoltaik und ähnlichem eingesetzt. Während die Grundlagen und der theoretische Hintergrund der Mikro-/Nanofabrikation im Kurs Festkörpertechnologie vermittelt werden, ist das Ziel des vorliegenden Kurses, praktische Erfahrungen mit den verschiedenen Herstellungs- und Charakterisierungstechniken zu sammeln. Anstelle eines regulären Laborkurses, in dem die Studenten üblicherweise an mehreren verschiedenen Experimenten arbeiten, unterscheidet sich dieser Kurs dadurch, dass die Studenten während des gesamten Semesters an einem einzigen Projekt arbeiten, nämlich an der Herstellung, Charakterisierung und Analyse eines Chips, der mit so genannten rekonfigurierbaren Feldeffekttransistoren (RFETs) bestückt ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen FETs mit festen n- oder p-dotierten Source- und Drain-Kontakten sind RFETs nicht dotiert, sondern mit zusätzlichen, so genannten Programm-Gates in den Source-/Drain-Regionen ausgestattet. Diese Programm-Gates ermöglichen die Abstimmung des Dotierungscharakters zwischen n- und p-Typ in Abhängigkeit von den an die Programm-Gates angelegten Gate-Spannungen. Ein drittes Gate wird dann zum Schalten des Transistors verwendet. RFETs werden derzeit intensiv erforscht, da sie eine erhöhte Funktionalität der Bauelemente und damit eine Reduzierung der Schaltungskomplexität ermöglichen. So können RFETs mit zwei individuellen Programmgates als n-Typ, p-Typ und sogar als so genannter Band-zu-Band-Tunnel-FET konfiguriert werden. Letzteres ist ein Feldeffekttransistorkonzept, das sich für die Realisierung von Low-Power-Elektronik eignet.
Inhalt der Vorlesung:
In der Vorlesung arbeiten die Studierenden in Zweierteams an "ihrem" eigenen Chip im Zentrallaborator für Mikro- und Nanotechnologie der RWTH Aachen University. Zu den angewandten Herstellungs- und Charakterisierungstechniken gehören i) optische Lithographie mit einem Mask Aligner und einem Laserscanner, ii) reaktives Ionenätzen, iii) nasschemische Bearbeitung (z.B. RCA-Reinigung), iv) schnelle thermische Oxidation, v) Elektronenstrahlverdampfung, vi) Atomlagenabscheidung, vii) Drahtbonden sowie konfokale optische und Rasterelektronenmikroskopie, spektroskopische Ellipsometrie und I-V elektrische Charakterisierung. Der Kurs wird durch elektronische Tests und Hausaufgaben ergänzt, die die Extraktion von Daten aus den während der Laborsitzungen durchgeführten Messungen sowie die Vorbereitung von Maskenentwürfen für die optische Lithographie umfassen.
Organisation der Vorlesung:
Die Vorlesung findet wöchentlich für 3-4,5h statt und die beiden Studenten eines Teams arbeiten abwechselnd an der Probe. Vor Beginn jeder Sitzung wird entsprechendes Material über die Moodle-Plattform der RWTH ausgegeben und die Studierenden müssen einen elektronischen Test absolvieren. Die Tests fließen in die Endnote ein und sind Voraussetzung für die Teilnahme an einer Laborsitzung. Die ersten Sitzungen sind der Herstellung gewidmet, die in CMNT durchgeführt wird. Die letzten beiden Sitzungen sind dann für die elektrische Charakterisierung reserviert. Falls erforderlich, erhalten die Studenten einen Online-Zugang zum Messaufbau, um ihre Messungen abzuschließen. Wenn die Herstellung erfolgreich ist, enthält jeder Chip einzelne RFETs mit einem und zwei individuellen Programmgates sowie Invertern.
Die Vorlesung wird regelmäßig im Sommersemester angeboten. Voraussetzung für die Teilnahme sind fundierte Kenntnisse der Halbleiterfertigungstechnologien (wie sie in der Vorlesung Festkörpertechnik vermittelt werden). Aufgrund der räumlichen Gegebenheiten in unserem Reinraum ist die Teilnehmerzahl auf maximal 30 Personen begrenzt. Die Teilnahme wird nach dem Prinzip "Wer zuerst kommt, mahlt zuerst" vergeben.
Anstelle einer schriftlichen Prüfung müssen die Studierenden eine wissenschaftliche Arbeit verfassen, die den theoretischen Hintergrund, den Herstellungsprozess, die Charakterisierung sowie die Interpretation der Messdaten beinhaltet. Ähnlich wie bei einem Peer-Review wird der Dozent den Studierenden ein Feedback geben. Die Abschlussarbeit wird für die Benotung des Kurses herangezogen und macht etwa 70 % der Note aus.
Vorlesungstermine und weitere Informationen im Campus Office.