Simulation of Advanced Semiconductor Devices

Microelectronics is currently one of the most innovative research areas. The social implications are far reaching, a world without electronics is in industrialized countries hardly imaginable. Semiconductor devices are omnipresent and yet they are hardly noticed. Computers, computer-controlled machinery for industrial and domestic use, entertainment electronics, cars, mobile (tele)communications cannot exist without these components. The development of even more powerful semiconductor devices is a central and very costly challenge for the semiconductor industry. The simulation of the electrical properties of semiconductor devices allows industry even before the production of prototypes to estimate the behavior. Extensive testing of semiconductor components can be saved by the simulation obtained, in-depth understanding of physics. The resulting knowledge from the calculations allows for early optimization of the components.
To meet these requirements, a simulator must rely on highly complex software technology, commonly known as TCAD programs. TCAD is the acronym for Technology Computer-Aided Design. However, the commercially available TCAD programs are lagging behind the demand of the leading industrial applications. This project focuses on several important research areas which can be divided roughly into the following two modules:
The module "New materials and components" anticipates the goal of developing models for the electrical and thermal properties of group IV and group III-V semiconductors and non-ideal insulators. Components based on these materials are subjected to basic research.
The module "Advanced transport models" focuses on the question of which carrier transport model is needed to achieve the necessary accuracy for certain applications. This issue is relevant for the proper handling of new materials of relevance.
The main objective of the project is to continue the research which was carried out successfully in recent years. By forming a separate research group the work area is systematically broadened and deepened. It is expected that novel grounds will be successfully entered in modeling of the physical properties of new materials and in the modeling of advanced carrier transport models for semiconductor devices with nanoscale structures.

Die Mikroelektronik ist gegenwärtig eines der innovativsten Forschungsgebiete. Ihre gesellschaftlichen Implikationen sind weit reichend; eine Welt ohne Elektronik ist in industrialisierten Ländern kaum mehr vorstellbar. Halbleiterbauelemente sind omnipräsent und dennoch werden sie kaum wahrgenommen. Kein Computer, keine computergesteuerte Maschine in Industrie und Haushalt, keine Unterhaltungselektronik, kein Automobil, keine mobile (Tele-)Kommunikation kommt ohne diese Bauteile aus. Die Weiterentwicklung immer leistungsstärkerer Halbleiterbauelemente ist eine zentrale und sehr kostenintensive Herausforderung der Halbleiterindustrie. Die Simulation der elektrischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente ermöglicht der Industrie noch vor der Produktion von Prototypen eine Abschätzung des Verhaltens. Aufwändige Tests von Halbleiterbauelemente können durch das aus der Simulation gewonnene, vertiefte Verständnis der Physik eingespart werden. Das aus der Berechnung resultierende Wissen erlaubt eine frühzeitige Optimierung der Bauelemente.
Um diesen Anforderungen entsprechen zu können, muss ein Simulator auf hochkomplexe Softwaretechnologie zurückgreifen, allgemein bekannt als TCAD-Programme. TCAD ist das Akronym für Technology Computer Aided Design. Die kommerziell verfügbaren TCAD-Programme hinken allerdings dem Stand der führenden industriellen Applikationen hinterher. Das vorliegende Projekt konzentriert sich auf mehrere wichtige Forschungsgebiete, die sich grob in folgende zwei Module unterteilen lassen:
Das Modul "Neue Materialien and Bauelemente" hat zum Ziel die Entwicklung von Modellen für die elektrischen und thermischen Eigenschaften von Gruppe IV, und Gruppe III-V Halbleitern und nicht idealer Isolatoren zu unterstützen. Bauelemente, die auf diesen Materialien basieren, werden grundlegenden Untersuchungen unterzogen.
Das Modul "Fortschrittliche Transportmodelle" konzentriert sich auf die Frage, welches Ladungsträgertransportmodell benötigt wird, um für bestimmte Anwendungen die nötige Genauigkeit zu erreichen. Diese Fragestellung ist auch für die angemessene Behandlung neuer Materialien von Relevanz.
Das Hauptziel des Projekts ist jene Forschung fortzusetzen, die in den letzten Jahren erfolgreich durchgeführt wurde. Durch die Bildung einer eigenen Forschungsgruppe soll der Arbeitsbereich systematisch verbreitert und vertieft werden. Erwartet wird, dass bei der physikalischen Modellierung der Eigenschaften neuer Materialien und im Bereich der Modellierung fortschrittlicher Ladungsträgertransportmodelle erfolgreich Neuland für Halbleiterbauelemente mit Nanostrukturen betreten wird.