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FP6

NUOTO — Ergebnis in Kürze

Project ID: 32644
Gefördert unter: FP6-NMP
Land: Italien

Kolossale Dielektrizitätskonstanten sorgen für Kondensatoren mit ultrahoher Kapazität

Kondensatoren sind elektronische Bauteile, die Ladung speichern. Und die Fähigkeit eines Materials, genau dies zu tun, wird durch seine Dielektrizitätskonstante (k) beschrieben. Europäische Forscher haben nun mit Erfolg die Prozesse entwickelt, die erforderlich sind, um die nächste Generation von Hochleistungskondensatoren für die drahtlose Elektronik von morgen zu fertigen, die auf einem radikal neuen Material mit sehr hoher Dielektrizitätskonstante aufbaut.
Kolossale Dielektrizitätskonstanten sorgen für Kondensatoren mit ultrahoher Kapazität
Viele der üblicherweise in der Halbleiterindustrie eingesetzten Materialien haben eine dielektrische Konstante, die bei Raumtemperatur im Bereich von 10 bis 20 liegt. Die kürzliche Entdeckung eines neuen keramischen Werkstoffs mit k = 105 - bei sehr hoher Frequenz und konstant über einen breiten Temperaturbereich -, inspirierte europäische Forscher dazu, das NUOTO-Projekt ("New materials with ultra high k dielectric constant for tomorrow wireless electronics") ins Leben zu rufen.

Die Forscher charakterisierten das neue Material Kalzium-Kupfer-Titanat (Calcium Copper Titanate, CCTO) in seiner reinen Form und entwickelten im Folgenden dotiertes CCTO, das in physikalischen Standardabscheideverfahren eingesetzt werden kann, um dünne Schichten zu erzielen. Den Forschern gelang die Demonstration des ausgezeichneten dielektrischen Verhaltens bei Elektroden, an denen industrielles Interesse besteht, mittels Laserstrahlverdampfen und Sputtern. Neu entwickelte Verfahren zur Untersuchung dielektrischer Eigenschaften ermöglichten die Charakterisierung einzelner Kristalle, Keramiken und abgeschiedene dünner Schichten auf Nanometerebene.

Die Wissenschaftler interessierten sich überdies für die Entwicklung von MOCVD-Verfahren (metallorganische Gasphasenabscheidung, Metal Organic Chemical Vapour Deposition), mit denen das Material in Form von 3D-Strukturen eingesetzt werden könnte, um den nächsten Entwicklungsschritt zu gehen, der den in der Siliziumindustrie eingesetzten Standard-2D-Kondensatoren (Planartransistoren) folgen wird. Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher mit Erfolg neue Anlagen für die lasergestützte chemische Epitaxie (CBE), bei denen ein Laser verwendet wird, um während der Abscheidung in Echtzeit die CCTO-Zusammensetzung zu ändern.

Unter Einsatz der Charakterisierungen und der verbesserten Geräte und Verfahren wurden zahlreiche Kondensatoren gefertigt. Dabei griff man an verschiedenen Standorten der Partner auf eine Vielzahl von Materialqualitäten und verschiedene Verfahren zurück und konnte schließlich einen Herstellungsprozess für CCTO-Kondensatoren demonstrieren, der kompatibel zur Standardtechnologie der Siliziumindustrie ist. So brachte das NUOTO-Projekt den Stand der Technik für in der Halbleiterindustrie eingesetzte keramische Werkstoffe voran und öffnete die Tür für die zukünftige Produktion von 3D-Strukturen auf Basis der Werkstoffe, die für die drahtlose Elektronik von morgen verwendet werden könnten. Eine Kommerzialisierung dieser Ergebnisse sollte der europäischen Elektronikindustrie einen wesentlichen Impuls verliehen und deren Wettbewerbsfähigkeit auf diesem riesigen globalen Markt stärken.

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