300 mm Devices and Value Added Solutions

Die Gruppe Devices forscht unter anderem an energieeffizienten Speicherlösungen, nicht flüchtigen Datenspeichern und MEMS-Sensoren auf Basis von 300 mm Wafern in der Volumenproduktion. Im Folgenden sind aktuelle Forschungsschwerpunkte aufgeführt - für weitere Kooperationsmöglichkeiten kontaktieren Sie uns einfach.

1T-1R (RRAM, STT-MRAM)

1T-1C (FRAM)

1T (FeFET, FLASH)

Materialentwicklung und Integration

Charakterisierung (single cell/array)

Anwendungsbeispiel:

Mit der technischen Möglichkeit die Ferroelektrizität in voll CMOS-kompatiblen HfO₂ -Dielektrika zu implementieren, konnte ein Konsortium aus GLOBALFOUNDRIES, NaMLab gGmbH und dem Fraunhofer IPMS die Skalierungslücke, erstmals seit der Einführung des FeFETs-Konzepts, in einem 28 nm-Technologieknoten schließen. Ausgezeichnete Ergebnisse auf 300 mm Siliziumwafern, Schaltungen im Nanosekundenbereich sowie eine 10-Jahre-Speicherungsfähigkeit wurden erreicht und liegen auf dem gegenwärtigen Niveau von nichtflüchtigen Speichern (NVM).

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High-k+Metall-Gate (HKMG) Prozesse

Random Telegraph Noise (RTN) / Reliability

Negative-Capacitance Feldeffekttransistoren (NC-FET)

Radio Frequency (RF) Charakterisierung

Anwendungsbeispiel:

Verbesserungen der Abscheidungsprozesse, der Materialeigenschaften sowie der Integrationsschemata sind unerlässlich, um die strengen Anforderungen für zukünftige Bauteile zu erfüllen. Eine wichtige Herausforderung ist die Verringerung der Prozesszeit für die High-k-ALD-Abscheidung. Das Material ZrO₂ ist vor allem als High-k-Dielektrikum in DRAM, eDRAM oder auch resistiven RAM von hohem Interesse für die Halbleiterindustrie. Mehrere High-k-Materialien wie HfO₂, ZrO₂ oder Ta₂O₅-basierte Systeme werden derzeit im Geschäftsfeld CNT untersucht.

Integrierte Kondensatoren

Lithiumbatterien

Energie-Harvester

Für unsere technologische Vision einer vollintegrierten „System on Chip“ Sensorik, die unabhängig von externer Energieversorgung arbeitet, entwickeln wir angepasste Energieharvester und Energiespeicher. Unsere Forschung konzentriert sich dabei sowohl auf System-on-Chip als auch System-in-Package Bauelemente, auf die Entwicklung CMOS-kompatibler Materialien sowie auf multimodale Lösungen zur Leistungsmaximierung.

Für die kurzzeitige Energiespeicherung und -pufferung werden Siliziumkondensatoren entwickelt, die sich durch besonders hohe Kapazitätsdichten bei gleichzeitig geringster thermischer und feldabhängiger Variabilität auszeichnen. Durch Profile mit weniger als 100 µm Dicke lässt sich die Integration der Bauelemente in Standardgehäuse realisieren. Für die Langzeitspeicherung entwickeln wir Lithiumionen-Akkumulatoren mit Feststoffelektrolyt, die vollständig mit etablierten Prozessen der Halbleitertechnologie hergestellt werden können. Mit dieser Dünnfilmtechnologie werden nur kleinste Speicherkapazitäten erreicht. Durch die Fertigung auf strukturierten Siliziumsubstraten verbindet unser Konzept aber eine hohe Energiespeicherdichte pro Waferfläche mit einer hohen Leistungsdichte durch sehr kurze Ionen-Diffusionswege während der Ladezyklen. 

Für die Nutzung von Umgebungsenergie, wie Wärme oder Bewegung zum autonomen Betrieb der mikroelektronischen Systeme forschen wir an Energieharvestern, die diese thermische oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Dafür entwickeln wir verschiedene thermoelektrische Materialien auf Silizium-Basis sowie pyroelektrische Hafniumdioxid-Dünnschichten. Die piezoelektrischen Eigenschaften dieses vielversprechenden Materials werden  auch für die Anwendung in vibrationsbasierten Energieharvestern evaluiert.

Thermoelektrik

Resonant Body Transistor (RBT)

Pyroelektrika