Toshiba erforscht 20-nm-Transistoren und Spintronik-FET

Weitere Miniaturisierung mit Kohlenstoff und Spininjektion

Auf dem International Electron Devices Meeting (IEDM) in Baltimore hat Toshiba zwei neue Bauformen für Transistoren vorgestellt. Für Bulk-Silizium mit Strukturbreiten um 20 Nanometer schlägt Toshiba die Verwendung von Kohlenstoff vor, weitere Verkleinerungen sollen sich unter anderem durch Spintronik ergeben.

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20-nm-Transistor mit Bulk-Silizium (Bild: Toshiba)
20-nm-Transistor mit Bulk-Silizium (Bild: Toshiba)
Für das Jahr 2012 werden die ersten Prozessoren mit 22 Nanometer schmalen Strukturen erwartet, die jedoch auf speziellen Wafern hergestellt werden müssen. Intel setzt hierbei auf High-k-Metal-Gates, AMD schon seit langem auf SOI. Für die zahlreichen anderen Chiphersteller ist das "bulk silicon" mit normierten Wafern von vielen Anbietern viel wichtiger. Auch die Auftragshersteller wie TSMC oder Globalfoundries arbeiten überwiegend mit den Bulk-Wafern, auf denen nicht nur Prozessoren, sondern auch Speicher hergestellt werden.

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Um auch für Bulk die Miniaturisierung voranzutreiben, schlägt Toshiba nun neue Materialien für den Bau der Transistoren vor. Auf eine reine Siliziumschicht folgt ein Layer mit Silzium, das mit Kohlenstoff dotiert wurde, danach eine Silizium-Bor-Verbindung. Die Ladungen werden über die erste Schicht transportiert, die anderen beiden dienen als Sperrschichten und Isolator.

Statt dreidimensionaler Strukturen oder SOI soll das Verfahren in der Herstellung billiger sein, laut Toshiba sind bei der Vorbereitung der Wafer nur einige zusätzliche Schritte nötig, um die drei Schichten zu erzeugen. Die Technik soll sich in die bisherige Fertigung mit Bulk-Silizium leicht integrieren lassen, wann es so weit ist, gab Toshiba noch nicht an.

Zumindest einen groben Zeitrahmen gibt es für eine andere Neuentwicklung des japanischen Unternehmens: Nicht vor dem Jahr 2015 sollen die ersten Transistoren auf Basis von Spintronik serienreif sein. Bei dieser Technik wird nicht die Ladung eines Elektrons zur Informationsübermittlung verwendet, sondern dessen Spin. Bei einem Transistor wäre es nötig, zwischen Source und Drain kontrolliert den Spin der Elektronen zu übertragen.

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Toshiba will das nun mit einem MOSFET erreicht haben. Nach Angaben des Unternehmens ist der Transistor das erste stabil arbeitende Element mit spintronischen Effekten. Angaben zur Geschwindigkeit und Strukturbreite machte Toshiba noch nicht.

Dieses Bauteil soll sich mit den üblichen Methoden der Halbleiterfertigung herstellen lassen. Nicht nur für schnell schaltende Transistoren, also Logikbausteine, auch für nichtflüchtige Speicher innerhalb eines Chips soll sich das Verfahren eignen.

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