SPP 1796: High Frequency Flexible Bendable Electronics for Wireless Communication Systems (FFLexCom)
Type of Funding: DFG Programmes, Priority Programmes
Abstract:
Flexible Hochgeschwindigkeits-Dünnfilmtransistoren und -Schaltungen basierend auf großflächig hergestellten zweidimensionalen Übergangsmetall-Dichalkogenide
Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Dünnfilmtransistoren und -Schaltungen basierend auf großflächig hergestellten zweidimensionalen Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDs) auf flexiblen Substraten.TMDs sind Wunschkandidaten für flexible Substrate, da sie herausragende mechanische Eigenschaften besitzen, die Bauelementparameter von TMD basierten Dünnfilmtransistoren (TFTs) (z.B. Beweglichkeit, on/off Verhältnis) in einem wünschenswerten Bereich liegen und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb im niedrigen GHz Bereich erzielt werden kann. Ein großflächiges, gleichmäßiges Wachstum von TMDs ist unverzichtbar für die skalierbare Integration von Schaltungen. Daher werden innerhalb des Projekts mit Metall-Organischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) und Atomlagenabscheidung (ALD) Wachstumsprozesse entwickelt, die auch die richtige Präkursurzusammensetzung beinhaltet, um ein großflächiges Wachstum mit kontrollierter Schichtdicke und hoher Qualität zu erzielen. Insbesondere die niedrigen Prozesstemperaturen von ALD TMDs Filmen werden einen bottom-up Ansatz von TMDs basierten Bauelementen und Schaltungen auf flexiblen Substraten ohne zeit- und kostenintensive Transferprozesse ermöglichen. n- und p-leitende TFTs werden hergestellt und schrittweise hinsichtlich eines niedrigen Kontaktwiderstandes, eines pinhole freien high k-Dielektrikums, eines optimierten Transistordesigns und einer geeigneten ALD/PEALD Passivierungsschicht für eine erhöhte Stabilität und Zuverlässigkeit verbessert. Insbesondere für p-leitende TFTs ist die Reduktion der Schottky-Barriere zwischen den Elektroden und dem TMDs für eine effektive Injektion der Löcher eine wesentliche Herausforderung. Drei Aufgaben müssen für eine ideale Anpassung der Bandverläufe gelöst werden: 1. Wahl einer geeigneten Zwischenschicht um das pinning des Ferminiveaus zu reduzieren, 2. thickness engineering des TMDs und 3. die Wahl eines Metalls mit geeigneter Austrittsarbeit. Durch Nonoskalierung der TFTs werden Grenzfrequenzen im niedrigen GHz Bereich erwartet. Die Schwellenspannung der leistungsfähigen n- und p-leitenden TFTs wird so eingestellt, dass sie nahe null liegt und anschließend werden Inverter hergestellt, idealerweise basierend auf einem TMDs Material (z.B. MoS2 oder WSe2). Als Nachweis der skalierbaren Integration auf großflächig hergestellten TMDs Schichten, werden mehrstufige Ringoszillatoren präpariert und charakterisiert. Solche Ringoszillatoren sind die Schlüsselkomponenten neu entstehender Technologien wie Funkerkennungschips, drahtlose Sensornetzwerke und Kommunikation über geringe Reichweiten. Abschließed wird das Biegeverhalten der Bauelemente und Schaltungen untersucht. Wir erwarten, dass dieses Forschungsprojekt zu neuen Paradigmen bezüglich der großflächigen Synthese von TMDs über die Gasphase und ihre Anwendung auf flexible, biegsame Elektronik für drahtlose Kommunikationssysteme führen wird.
Contact Person at UA Ruhr:
Dr.-Ing. Claudia Bock, Ruhr-Universität Bochum
Prof. Dr. Anjana Devi, Ruhr-Universität Bochum