Forschungszentrum Jülich stellt Inverter aus TFETs vor
Energieeffizienz aus Quantenmechanik
Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben im Rahmen des Projekts UltraLowPow einen Inverter auf Basis von Tunnel-Feldeffekt-Transistoren (TFETs) mit einer Betriebsspannung von 0,25 V entwickelt.
Das Ziel der Forscher ist es, im Rahmen des im Juni 2013 gestarteten Projekts UltraLowPow gemeinsam mit dem Institut für Halbleitertechnik der RWTH Aachen und dem Lehrstuhl für Technische Elektronik der TU München einfache Schaltungen zu entwickeln, etwa für Speicherzellen (SRAM) und Signalverarbeitung sowie hochempfindliche und energieeffiziente Beschleunigungs-, Druck- und Flüssigkeitssensoren.
Vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung mit 2,34 Millionen Euro gefördert, zielt das Projekt auf verschiedene Anwendungen ab: von der Automobilelektronik über zusätzliche energieeffiziente Schaltungen in Mobilgeräten, die im Standby den Betrieb aufrechterhalten, bis hin zu intelligenten Regelungs- und Sensorsystemen.
In der klassischen Halbleiterentwicklung hatte die Betriebsspannung zuletzt seit einigen Chipgenerationen eine untere Grenze von etwa 0,7 Volt erreicht. Sie ließ sich nicht weiter senken, ohne dass das Schaltungsverhalten einbricht. Tunnel-Feldeffekt-Transistoren (TFETs) arbeiten dagegen noch mit Spannungen bis herunter zu 0,25 Volt. Da die Leistungsaufnahme quadratisch von der Spannung abhängt, lässt sich der Energieverbrauch so auf ein Zehntel verringern.
Ihre Ladungsträger bewegen sich nicht »klassisch« von der Source-Elektrode in das Halbleitermaterial, sondern »tunneln« nach quantenmechanischen Prinzipien durch die Kontaktfläche. Das reduziert die Leckströme und führt dazu, dass TFETs deutlich empfindlicher auf kleine Spannungsschwankungen reagieren können als konventionelle Transistoren. Ihre steilere Schaltcharakteristik hilft nicht nur, Energie zu sparen. Sie ist auch eine ideale Voraussetzung zum Bau hochperformanter Schaltungen und hochempfindlicher Sensoren.
»Anstelle eines Standard-Transistors werden wir in UltraLowPow verschiedene Typen von TFETs entwickeln, die auf unterschiedliche Anforderungen und Hersteller zugeschnitten sind«, erläutert Projektleiter Prof. Siegfried Mantl aus dem Bereich Halbleiter-Nanoelektronik des Jülicher Peter Grünberg Instituts (PGI-9). »Für leistungsstärkere Transistoren verfolgen wir eine ganze Palette verschiedener Materialien für neuartige Architekturen, bei denen Nanodrähte mit einem Durchmesser von rund 10 nm zum Einsatz kommen. Darüber hinaus sind aber auch einfache, planare Transistoren und Sensoren geplant. Diese kommen schon mit einem erheblich geringeren Herstellungsaufwand aus und sind daher bereits für mittelständische Unternehmen attraktiv.«
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
