Quantenelektronik

Die stete Miniaturisierung mikro- und nanoelektronischer Bauelemente führt zu dem Problem, dass kritische Bauelementdimensionen in den Sub-10-nm-Bereich fallen. Damit treten quantenmechanische Effekte wie z. B. das quantenmechanische Tunneln von Ladungsträgern durch das Gate-Dielektrikum von durch MOS-Gate-gesteuerten Bauelementen auf, die das klassische Verhalten dieser Bauelemente überlagern oder gar zerstören können. IHT-Forschungsziel in der Quantenelektronik ist es, quantenmechanische Effekte gezielt auszunutzen und in neuen Bauelementkonzepten zu funktionalisieren. Beispiele dafür sind der Tunnel-Feldeffekttransistor (TFET), d.h. ein MOS-Gate-kontrollierter Esaki-Tunnelkontakt, und der Spin-FET.

Am IHT wird neben der Forschung an Tunnel-Effekt-basierten Bauteilen und der Erforschung von quantenmechanischen Effekten in niedrigdimensionalen Strukturen wie z.B. Quantenpunkten auch an spintronischen Bauelementen geforscht. Ziel der Spintronik ist es, neben der Elektronenladung auch eine weitere Eigenschaft des Elektrons, seinen Spin (Eigendrehimpuls), in Bauelementen auszunutzen. Das IHT arbeitet an der Spin-Injektion in SiGe-Heterostrukturen und am Spin-Transport in Elektronenkanälen mit hohen Ladungsträgerbeweglichkeiten mit dem Ziel, einen prototypischen Spin-FET zu realisieren, der dem Feldeffekt-Transistor hinsichtlich Energieeffizienz potentiell überlegen ist. In diesem Zusammenhang konzentriert sich die IHT-Forschung zur Zeit auf die Herstellung, Charakterisierung und Funktionalisierung von CMOS-kompatiblen, ferromagnetischen Materialsystemen auf Basis unserer Gruppe-IV-Heteroepitaxie.