Mehr Leistung für CMOS

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Die CMOS-Technik (Complementary Metal Oxide Semiconductors) ist seit Jahrzehnten das Rückgrat der Halbleitertechnologie. Strebt man Frequenzen um 100 Gigahertz und darüber an, stoßen die CMOS-Schaltungen jedoch an ihre Grenzen. Deutsche Forscher wollen daher CMOS-Schaltungen mit Indium-Phosphid-Schaltungen kombinieren.

Um schneller zu werden, müssen CMOS-Schaltungen immer weiter verkleinert werden. Dabei sinkt jedoch die Durchbruchspannung signifikant – und damit auch die Leistung, die die CMOS-Schaltung als Signal erzeugt beziehungsweise verteilt. Das Berliner Ferdinand-Braun-Institut hat nun zusammen mit dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik Frankfurt/Oder (IHP) das ‘HiTek’-Projekt gestartet, um alternative Konzepte zu entwickeln.

Die Institute wollen zwei Technologien kombinieren: Auf einen traditionellen CMOS-Chip, der auf Silizium basiert, bringen sie eine zweite Ebene auf. Dabei handelt es sich um eine Schaltung auf Indium-Phosphid-Basis. “Dieses Material kann aufgrund besserer physikalischer Eigenschaften gegenüber Silizium genau das leisten, was wir wollen: Hohe Frequenzen bei hoher Leistung”, sagte Prof. Viktor Krozer vom FBH.

Indium-Phosphid-Schaltungen erreichten jedoch bei weitem nicht das hohe Maß an Integration und Fertigungsroutine von CMOS. “Würde man versuchen, für Indium-Phosphid den selben Stand zu erreichen, müsste man 20 Jahre Forschung zurückdrehen und neu beginnen”, so Krozer. Die “Sandwich-Methode” könnte deshalb die Lösung sein: Beide Schaltungen würden dabei so verbunden, dass man die Vorteile der Indium-Phosphid-Schaltung nutzen könne, ohne auf die CMOS-Technologie zu verzichten.

“Die Synchronisierung der beiden Lagen ist die große Herausforderung unseres Projektes”, sagte Prof. Wolfgang Heinrich vom FBH. “Wir werden dabei beide Lagen separat herstellen und anschließend kombinieren. Einzelschaltungen auf den Silizium-Wafer aufzubringen, ist keine Alternative.”

Gelingt den Projektpartnern die Kombination der Schaltungen, wäre dies ein Durchbruch für Terahertz-Systeme. Die Idee sei zwar kein Neuland, sei aber nie konsequent verfolgt worden, so Krozer. Künftige Anwendungen der superschnellen und leistungsfähigen Chips könnten bildgebende Systeme in der Medizin und Sicherheitstechnik sowie Mobilfunk-Anwendungen sein.

Fotogalerie: 2008 wurde der Prozessor 50

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