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Rückblick auf das International Electron Devices Meeting 2015 in den USA : Ausgabe 04/2016, 03.03.2016

Physikalisch flexible Elektronik und mehr

Die Jahreskonferenz 2015 des IEDM in Washington D.C. bot den internationalen Teilnehmern ein sehr interessantes Tagungsprogramm. In seiner thematischen Breite gewährte es einen Überblick über den aktuellen Stand der Halbleiterforschung, beispielsweise bezüglich physikalisch flexibler Elektronik.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Bilder: Henning Wriedt, IEMN/STMicroelectronics/CEA LETI Minatec, University of Texas 

Obwohl physikalisch flexible Schaltungen, innovative, tragbare Elektronik erlauben würden, konnten derartige Schaltungen bisher nur eine limitierte Leistung zeigen: Leistungsstarke CMOS-Bauelemente werden mit hohen Temperaturen gefertigt, die die meisten flexiblen Materialien beschädigen. Ein Forscherteam vom französischen Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie beschrieb einen Ultimate-Thinning-and-Transfer-Bonding-Prozess UTTB, mit dem sie eine HF-CMOS-Schaltung auf diversen Substraten realisierten und zwar auf Polyimid-Kunststofffilmen, Glas und Edelstahl.

Zuerst schufen sie HF-CMOS-Schaltungen auf einem SOI-Substrat, das sie dann durch die Entfernung der Rückseite auf 30 µm ausdünnten. Mit speziellen Laminatprozessen transferierten sie dann die Schaltungen auf unterschiedliche Substrate. Im Vergleich zum Originalsubstrat wurde die Kleinsignal-Performance auf den anderen Substraten nur unwesentlich verschlechtert; unerwünschte Harmonische wurden sogar reduziert. Laut Forscher lässt sich die UTTB-Technik an die anwendungsspezifischen Anforderungen einer ultramechanischen Flexibilität sowie einer optimalen Wärmeabgabe und Transparenz adaptieren.

Alternative: Flexible Schaltungen aus 2D-Nano­materialien

Kristalline Materialien, die nur aus einer Atomschicht bestehen, werden als 2D-Materialien bezeichnet. Ein Expertenteam von der University of Texas gab einen Einblick in eine flexible Elektronik, die auf 2D-Materialien basiert – wie Graphen, schwarzer Phosphor und Transition Metal Dichalcogenides TMDs.

Die Autoren des Vortrags beschrieben, wie sie mit diesen Nanomaterialien in vielen Experimenten eine hohe Leistung auf flexiblen Substraten erzielten. Anvisierte Applikationen wie Wearables und IoT-Komponenten decken ein grosses Frequenzspektrum ab, und zwar mit den Bereichen HF-Leistung, Mikroprozessoren, Transceiver und der THz-Elektronik.

Die Autoren wiesen darauf hin, dass die verfügbaren 2D-Materialien mit ihren verschiedenen physikalischen Eigenschaften ein spezielles Schaltungsdesign erlauben, das auf spezifische Applikationen zugeschnitten ist – wie flexible Nanosysteme, realisiert mit der Integration aus Halbleitern, halbmetallischen und isolierenden 2D-Materialien. 

Langversion: 04_16.01.pdf



Die IEDM 2015 fand in Washington D.C. statt


Flexible 2D-TFTs jeweils auf Monoschichten aus MoS2, schwarzem Phosphor und Graphen


Ein 65-nm SOI-CMOS Chip auf einer 25 µm dünnen Edelstahlfolie