Quantenmechanischer Ladungstransport in Nanotransistoren und daraus abgeleitete energiesparende Nanotransistorlösungen
Abstract:
Nach dem wohlbekanntem Mooreschen Gesetz verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren in Hochleistungs-Mikrochips etwa alle zwei Jahre. Dieses Gesetz bleibt bis heute gültig, die Entwicklung intensiviert sich sogar. Der Vortrag demonstriert die erheblichen Umgestaltungen der Transistorarchitektur – MOSFET, FinFET, SOI-Transistor und Nanosheet-FET – die notwendig waren, um das Mooresche Gesetz aufrechtzuerhalten. Diese Umgestaltungen sind verbunden mit wechselnden physikalischen Regimen des Ladungstransports – semiklassischer, mesoskopischer und atomistischer Transport. Die Ausführungen konzentrieren sich auf den mesoskopischen Transport, welcher für die modernen industriellen Transistoren geeignet ist. Wegen der komplexen Architektur und Materialzusammensetzung der Bauelemente ist zur Berechnung der Strom-Spannungs-Kennlinien eine möglichst einfache Formulierung der Transporttheorie erforderlich. Hierzu wird der R-Matrix-Formalismus vorgestellt, seine Anwendung auf einen SOI-Transistor gezeigt und der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen vorgenommen. Außerdem wird demonstriert, wie die Standard-SOI-Architektur modifiziert werden konnte, um einen Transistor zu erhalten, der mit zwei parallelen Leitungskanälen arbeitet, die durch transversales resonantes Tunneln gekoppelt sind. Wegen der sensitiven Gate-Steuerbarkeit dieser Kopplung hat dieser Zweikanaltransistor das Potenzial, Anwendungen mit einem sehr niedrigen Energieverbrauch zu ermöglichen
Vita:
Ulrich Wulf studierte von 1980 bis 1987 Physik an der Universität Hamburg und war von 1987 bis 1991 Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart in der Gruppe des Nobelpreisträgers Klaus von Klitzing. Von 1991 bis 1993 war er Postdoktorand an der Indiana University in Bloomington, Indiana (USA). Seit 1993 ist er Privatdozent an der Brandenburgisch Technischen Universität Cottbus/Senftenberg (BTU), 2007 erfolgte die Habilitation. Ulrich Wulf ist heute am Lehrstuhl für Computational Physics an der BTU tätig. Seit mehr als 25 Jahren ist er in der Welt der Quantenelektronik bzw. der Nanoelektronik zu Hause. Die Grundlagenarbeit, die er dabei geleistet hat, vergleicht er selbst mit der Kartographie. Die Welt der Quanten muss gezeichnet, die Zeichnungen müssen immer wieder verbessert werden, nur dann kann der Mensch sich in dieser Welt zurechtfinden und radikale technische Fortschritte erreichen. Bei seiner Forschung rechnet er mit Millionstel Millimetern. Nanoelektronik wird die Halbleitertechnologie revolutionieren, davon ist Ulrich Wulf überzeugt.
Donnerstag, den 14. März 2024
10:00–12:00 Uhr, öffentliche Sitzung der Klasse für Naturwissenschaften und Technikwissenschaften der Leibniz-Sozietät der Wissenschaften zu Berlin
Die Sitzung findet als Zoom-Videokonferenz statt.
Der Zoom-Einladungslink ist folgender:
https://tu-darmstadt.zoom-x.de/j/68803031789?pwd=dlZ4NGZCRzdTZ2YyUDVnL2kzK2hSZz09
Meeting ID: 688 0303 1789
Vortrag:
Ulrich Wulf (BTU Cottbus)
Quantenmechanischer Ladungstransport in Nanotransistoren und daraus abgeleitete energiesparende Nanotransistorlösungen
Abstract:
Nach dem wohlbekanntem Mooreschen Gesetz verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren in Hochleistungs-Mikrochips etwa alle zwei Jahre. Dieses Gesetz bleibt bis heute gültig, die Entwicklung intensiviert sich sogar. Der Vortrag demonstriert die erheblichen Umgestaltungen der Transistorarchitektur – MOSFET, FinFET, SOI-Transistor und Nanosheet-FET – die notwendig waren, um das Mooresche Gesetz aufrechtzuerhalten. Diese Umgestaltungen sind verbunden mit wechselnden physikalischen Regimen des Ladungstransports – semiklassischer, mesoskopischer und atomistischer Transport. Die Ausführungen konzentrieren sich auf den mesoskopischen Transport, welcher für die modernen industriellen Transistoren geeignet ist. Wegen der komplexen Architektur und Materialzusammensetzung der Bauelemente ist zur Berechnung der Strom-Spannungs-Kennlinien eine möglichst einfache Formulierung der Transporttheorie erforderlich. Hierzu wird der R-Matrix-Formalismus vorgestellt, seine Anwendung auf einen SOI-Transistor gezeigt und der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen vorgenommen. Außerdem wird demonstriert, wie die Standard-SOI-Architektur modifiziert werden konnte, um einen Transistor zu erhalten, der mit zwei parallelen Leitungskanälen arbeitet, die durch transversales resonantes Tunneln gekoppelt sind. Wegen der sensitiven Gate-Steuerbarkeit dieser Kopplung hat dieser Zweikanaltransistor das Potenzial, Anwendungen mit einem sehr niedrigen Energieverbrauch zu ermöglichen
Vita:
Ulrich Wulf studierte von 1980 bis 1987 Physik an der Universität Hamburg und war von 1987 bis 1991 Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart in der Gruppe des Nobelpreisträgers Klaus von Klitzing. Von 1991 bis 1993 war er Postdoktorand an der Indiana University in Bloomington, Indiana (USA). Seit 1993 ist er Privatdozent an der Brandenburgisch Technischen Universität Cottbus/Senftenberg (BTU), 2007 erfolgte die Habilitation. Ulrich Wulf ist heute am Lehrstuhl für Computational Physics an der BTU tätig. Seit mehr als 25 Jahren ist er in der Welt der Quantenelektronik bzw. der Nanoelektronik zu Hause. Die Grundlagenarbeit, die er dabei geleistet hat, vergleicht er selbst mit der Kartographie. Die Welt der Quanten muss gezeichnet, die Zeichnungen müssen immer wieder verbessert werden, nur dann kann der Mensch sich in dieser Welt zurechtfinden und radikale technische Fortschritte erreichen. Bei seiner Forschung rechnet er mit Millionstel Millimetern. Nanoelektronik wird die Halbleitertechnologie revolutionieren, davon ist Ulrich Wulf überzeugt.
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