Halbleiter 08.01.1999, 17:20 Uhr

Chips kleiner und schneller

Flexible Flachdisplays aus Kunststoff waren nur eine der vielen Neuigkeiten, die auf dem International Electron Devices Meeting in San Francisco vorgestellt wurden. Traditionell ist diese Konferenz die Leistungsschau der Elektronik-Industrie.

Das 44. International Electron Devices Meeting (IEDM) in San Francisco vom 6. bis 9. Dezember 1998 hatte auch diesmal wieder mehr als 2000 Tagungsteilnehmer auf die Beine gebracht, litt aber kurzfristig unter dem elektrischen „Blackout“, der die kalifornische Metropole am 7. Dezember für rund sechs Stunden völlig lahmlegte. Mit einer Glanzleistung an Improvisation konnte die Konferenz trotzdem in allen wichtigen Teilen abgewickelt werden – und brachte wieder eine Fülle interessanter Entwicklungen. In den vergangenen Jahren haben die Halbleiter mit weitem Bandabstand besonderes Interesse erregt, weil sie sich gleichermaßen für Hochfrequenzanwendungen eignen als auch für Anwendungen in der Leistungselektronik. Ganz vorn stand dabei Siliziumkarbid (SiC) als Werkstoff. Motorola gab hier einen Überblick über das Leistungsspektrum: Maximale Frequenzen über 100 GHz, Ausgangsleistungen von 450 W (gepulst) bei 600 MHz und immer noch 38 W bei 3 GHz. Für ein versuchsweise aufgebautes Powermodul wurde sogar 1 kW bei 600 MHz erzielt. Eine Kombination von anorganischen und organischen Halbleitern wurde von der Penn State University demonstriert. Damit wurden komplementäre Schaltungen aus einem anorganischen n-Kanal-Transistor aus amorphem a-Si:H und einem organischen p-Kanal-Transistor aufgebaut. Eine solche Kombination von n-Kanal- und p-Kanal-Transistor könnte eine neue Gattung von CMOS-Dünnfilmtransistoren liefern, wie man sie für preiswerte batteriebetriebene Digitalschaltungen sucht. Die Penn State University trug auch über integrierte Schaltungen aus amorphem Silizium vor, die man auf einem Substrat aus Polymer realisierte. Ähnliches war auch vom Lawrence Livermore National Laboratory zu hören. Ziel dieser Arbeiten ist es, preiswerte Halbleitertechnologien für künftige flache Bildschirme zu erarbeiten, die nicht mehr Glas, sondern leichtere Kunststoffe als Basismaterial verwenden. Damit wird das Gewicht für portable Geräte deutlich verringert. Die Diskussion über die Frage, ob für die Verdrahtungsebenen auf den Chips besser Kupfer oder Aluminium verwendet wird, ist noch im vollen Gang und keineswegs schon zugunsten von Kupfer entschieden. Mehrere Redner zeigten auf, daß sogar eine geeignete Kombination von beiden vorteilhafter gegenüber monostrukturierten Verbindungsaufbauten sein kann. Nach wie vor scheint aber Aluminium für kurze Verbindungen einige Vorteile zu haben. Das Thomas J. Watson Forschungslabor der IBM präsentierte Überlegungen für eine 0,025-m-CMOS-Technologie, die nach dem Jahr 2012 kommen wird. Man rechnet mit etwa 108 bis 109 Bauelementen pro Chip und Versorgungsspannungen von 1 V. Mehrere Redner (Sharp, Hitachi, IBM und andere) berichteten über Arbeiten, die Schaltungen mit Versorgungsspannungen von unter 1 V erlauben, was den stabilen Betrieb an einer einzigen Batterie- oder Akkuzelle möglich macht. Siemens legte seine Arbeiten an einer extrem platzsparenden, vertikal aufgebauten MOSFET-Technologie offen, wie man sie vermutlich für ein 16-Gbit-Dram eines Tages brauchen wird. Dabei wird der Auswahltransistor für die Speicherzelle nicht mehr wie bisher planar in die Ebene gelegt, sondern in der Seitenwand eines winzigen Loches untergebracht, welches in das Silizium hineingeätzt wird.
Die Universität von Michigan zeigte mikro-elektromechanische Mischer und Filter. Damit gelang es, HF-Signale aus dem Bereich zwischen 50 MHz bis 200 MHz auf die Zwischenfrequenz von 34,5 MHz herabzumodulieren und zu filtern. Wegen ihrer geringen Größe – zwei bis drei Zehnerpotenzen unter bisherigen Bauelementen – und der Tatsache, daß keine aktiven Bauelemente zur Kopplung von Mixer und Filter gebraucht werden, könnten solche Elemente rasch in die drahtlose Mobilkommunikation eindringen. Simulationen zeigen, daß sich solche mikromechanischen Mixer bzw. Filter bis etwa 20 GHz realisieren lassen.
Für den Massenmarkt: Erster Bildsensor mit 2 Mio. Pixeln Vom MIT wurde ein hochauflösendes Feldemitter-Array für flache Bildschirme vorgestellt, welches bereits bei 17 V Gatespannung arbeitet. So kleine Spannungen haben deutliche Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer, da die winzigen Spitzen der Feldemitter weniger degradieren oder gar „ausbrennen“. Ein weiterer Vorteil: Man könnte das Feldemitter-Array zusammen mit seinen Treibern direkt auf dem Siliziumwafer herstellen, was die Kosten mindert.
Philips zeigte den ersten Bildsensor der Welt, der für digitale Kameras im Massenmarkt 2 Mio. Pixel auf dem Bildsensor liefert. Das 2/3-Zoll-CCD ist 90 mm2 groß, arbeitet mit „Progressiv Scan“ und verfügt über 1600 x 1280 Bildpunkte. Die Empfindlichkeit entspricht der eines ISO-100-Films. Die Lehigh Universität in Bethlehem (Pennsylvania) berichtete gemeinsam mit der FED Corp. über ein erstes Oled-Display in Active-Matrix-Aufbau.
Oled steht für „Organic Light-emitting Diode“. Bisher hat man nur „Passive Matrix“-Displays mit diesen organischen LEDs aufgebaut, was aber Grenzen hat bei der Verkleinerung. Das Display hat VGA-Auflösung (480 x 640 Pixel) und eine Bilddiagonale von 40 mm bei einer Pixelgröße von 50 m. Bei immer höherer Integration auf dem Chip könnte man die Wärmeprobleme vergessen, wenn sich ein 1-Elektron-Transistor als Massenprodukt realisieren ließe. Die spektakulärste Schaltung damit dürfte ein 128-Mbit-Speicher sein, der aber schon im Frühjahr 1998 auf der International Solid-State Circuit Conference von Hitachi gezeigt wurde. Wie ernsthaft man heute schon mit dieser Technologie rechnet, zeigt eine Road Map von Hitachi, die die Entwicklungsschritte bis zu einem 256-Gbit-Speicher nach dem Jahr 2014 zeigt. Ein solcher Chip könnte dann sogar die Movie-DVD hinsichtlich der Spieldauer ablösen.
Mit einer Transitfrequenz von fT = 350 GHz setzte die japanische NTT eine neue absolute Marke für einen HF-Transistor.
Der „Hemet“ wurde auf Indiumphosphid aufgebaut. Bemerkenswert bei dieser Entwicklung ist die erstmalige Verwendung eines neuen Fotolacks, der aus nur noch einer Schicht von Fullerenen besteht: Dies ist eine völlig neue Anwendung für die erst vor ein paar Jahren entdeckte neue Materialklasse der Fullerene.
DELANO L. KLIPSTEIN
Wer mehr von der Konferenz wissen möchte oder vertiefte Information zu dem einen oder anderen Thema braucht, kann auch nachträglich noch den Tagungsband bzw. die daraus gefertigte CD-Rom bekommen:
Beim IEEE Service Center, 445 Hoes Lane, Piscataway, NJ 08855-1331, USA; Telefon +1-732-981 0060.

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