Herstellung und Optimierung von vergrabenen graphenbasierten Triple-Gate Substraten zur Charakterisierung von Steep-Slope Transistoren
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Zusammenfassung
With energy effciency in mind, the reduction of power dissipation in integrated circuits is of great interest. Due to the thermoionic limit in conventional MOSFETs, a new transistor architecture is required to reduce the operating voltage. One possible realization is a tunnel field-effect transistor. Its performance can be optimized with the use of 2D materials such as graphene or tungsten disulfide (WS₂). Since these materials are grown on a carrier material, they must first be transferred to the desired substrate for processing. In this work, various transfer processes were tested with graphene and the transferred layers were examined and characterized. An electrolytic bubble transfer based on a potassium hydroxide solution was established, which in principle can be used to transfer all 2D materials grown on a conductive substrate. Finally, the growth of aluminum oxide on graphene was tested using Atomic Layer Deposition (ALD). Due to the hydrophobic surface of the graphene, only an inhomogeneous growth could be achieved.
Vor dem Hintergrund der Energieeffzienz ist die Reduzierung der Verlustleistung in integrierten Schaltungen von großem Interesse. Auf Grund des thermoionischen Limits in herkömmlichen MOSFETs ist zur Reduzierung der Betriebsspannung eine neue Transistorarchitektur notwendig. Eine mögliche Realisierung ist ein Tunnel Feldeffekttransistor. Seine Performance lässt sich mit der Verwendung von 2D-Materialien wie Graphen oder Wolframdisulfid (WS₂) optimieren. Da diese Materialien auf einem Trägermaterial ausgewachsen werden, müssen sie zunächst zur Prozessierung auf das gewünschte Substrat transferiert werden. In dieser Arbeit wurden dafür verschiedene Transferverfahren mit Graphen getestet und die transferierten Schichten untersucht und charakterisiert. Dabei wurde ein elektrolytischer Bubble Transfer auf Basis einer Kaliumhydroxidlösung etabliert, der sich prinzipiell auf alle 2D-Materialien mit leitfähigem Trägermaterial übertragen lässt. Abschließend wurde das Aufwachsen von Aluminiumoxid auf Graphen mittels Atomic Layer Deposition (ALD) getestet. Dabei konnte auf Grund der hydrophoben Oberfläche des Graphens nur ein inhomogenes Wachstum erreicht werden.
Vor dem Hintergrund der Energieeffzienz ist die Reduzierung der Verlustleistung in integrierten Schaltungen von großem Interesse. Auf Grund des thermoionischen Limits in herkömmlichen MOSFETs ist zur Reduzierung der Betriebsspannung eine neue Transistorarchitektur notwendig. Eine mögliche Realisierung ist ein Tunnel Feldeffekttransistor. Seine Performance lässt sich mit der Verwendung von 2D-Materialien wie Graphen oder Wolframdisulfid (WS₂) optimieren. Da diese Materialien auf einem Trägermaterial ausgewachsen werden, müssen sie zunächst zur Prozessierung auf das gewünschte Substrat transferiert werden. In dieser Arbeit wurden dafür verschiedene Transferverfahren mit Graphen getestet und die transferierten Schichten untersucht und charakterisiert. Dabei wurde ein elektrolytischer Bubble Transfer auf Basis einer Kaliumhydroxidlösung etabliert, der sich prinzipiell auf alle 2D-Materialien mit leitfähigem Trägermaterial übertragen lässt. Abschließend wurde das Aufwachsen von Aluminiumoxid auf Graphen mittels Atomic Layer Deposition (ALD) getestet. Dabei konnte auf Grund der hydrophoben Oberfläche des Graphens nur ein inhomogenes Wachstum erreicht werden.