Verknüpfung der analogen mit der digitalen Welt

Das Mooresche Gesetz ist gut auf die Mikrochips der digitalen Welt anwendbar, jedoch nicht auf die tatsächliche physikalische Welt, die analog ist. Das Hinzufügen von Funktionalitäten, die nicht notwendigerweise gemäß diesem Gesetz komplexer werden, in elektronische Geräte findet in der Halbleiterindustrie inzwischen häufig statt. Dieses Paradigma wird "Moore than Moore" (MtM) genannt und ist darauf ausgerichtet, fortschrittliche komplementäre Metalloxid-Halbleiter (complementary metal-oxide semiconductors, CMOS) zu entwickeln, welche die nächste Stufe der Elektronik darstellen könnten.

Ziel des EU-finanzierten Projekts "Interfacing oxides" (IFOX) ist es, neuartige elektronische und magnetische Funktionalitäten bei komplexen Metall-Oxid-Hetero-Übergangsstrukturen zu untersuchen. Die Projektmitglieder wollen die Materialplattform für innovatives MtM und über die CMOS-Elektronik hinaus entwickeln - Leistung und Funktionalität sollen den aktuellen Stand der Technik weit übertreffen.

Die IFOX-Partner arbeiten an einer theoretischen Grundlage zur Identifizierung der vielversprechendsten Materialien und Heterostrukturen. Bei Volloxidstrukturen demonstrierten die Forscher den Mechanismus, der ermöglicht, dass an Tunnelübergängen gleichzeitig elektrischer und magnetischer Tunnelwiederstand existieren kann. Untersuchungen der elektrischen Verbindungen zwischen verschiedenen Oxiden ergaben, dass die Gegenwart und Konzentration zusätzlicher Defekte die Verbindungsstabilität und elektronische Konfiguration beeinflusst.

Die IFOX-Mitglieder konzentrieren sich auf die Optimierung ferroelektrischer und ferromagnetischer Oxidschichten, um besonders hochwertige Oxidschichten herstellen zu können. Konkret wurden über 50 Schichten auf kommerziellen Substraten erzeugt und charakterisiert. Eine weitere Hauptaufgabe liegt im Bestimmen der Bedingungen für die Musterbildung und Verarbeitung der neuen Nanostrukturen, welche die Grenzen der existierenden Herstellungstechnologien berücksichtigen.

Etwa 100 verschiedene Materialsysteme wurden mit einer Vielzahl von Techniken hinsichtlich ihrer elektronischen, magnetischen, ferroelektrischen, multiferroischen, optoelektronischen und optomagnetischen Eigenschaften charakterisiert. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Entwicklung der In-situ-Steuerung von Parametern wie elektrischen Feldern für verschiedene Arten von Bildgebungsexperimenten. Dies ermöglichte die Untersuchung magnetoelektrischer Kopplung zwischen den elektrischen Verbindungen bei Heterostrukturen.

Es wird erwartet, dass die IFOX-Mitglieder Demonstrationssysteme funktionstüchtiger Oxid-Heterostrukturen vorstellen werden, die für industrielle Anwendungen geeignet sind und auf großformatigen Siliciumsubstraten erzeugt werden können. Des Weiteren werden die Partner Kataloge mit den Grenzschichtbedingungen zur Herstellung und Verarbeitung verschiedener Heterostrukturen präsentieren.

Die Projektergebnisse stellen einen bedeutenden Schritt in Richtung MtM und über die CMOS-Elektronik hinaus dar und fördern die Entwicklung neuer Technologien auf Basis von Oxidmaterialien.