DE4212220A1 - Mikroelektronisches Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mikroelektronisches Bauelement, bestehend aus ei­ nem die elektronischen Eigenschaften des Bauelementes bestimmenden Bauelement­ körper und aus mindestens zwei mit dem Material des Körpers elektrisch (und mechanisch) verbundenen Anschlußelektroden zur elektrischen Kontaktierung nach außen, insbesondere in einer elektronischen Schaltung.

Mikroelektronische Bauelemente sind Einzelteile elektronischer Schaltkrei­ se oder Systeme, in denen sie unterschiedliche Funktionen erfüllen können, insbesondere Erzeugung und Umwandlung elektrischer Signale, logische Funk­ tionen etc. Heutzutage sind mikroelektronische Bauelemente im Regelfall Halbleiterbauelemente, aufgebaut in Chip-Technik. Sehr verbreitet sind heutzutage in MOS-Technik aufgebaute mikroelektronische Bauelemente. Das Halbleitermaterial ist in der überwiegenden Mehrzahl aller Fälle Silizium (generell zu mikroelektronischen Bauelementen "Lexikon Elektronik und Mikro­ elektronik", VDI-Verlag, Düsseldorf, 1990).

Derzeit gehen modernste Forschungen dahin, in Halbleitermaterialien Elek­ tronen-Quanteneffekte zu neuen Wirkungen und einer Verkleinerung der Struk­ turen zu nutzen. Bekanntgeworden sind schon sogenannte Quantum-Well-Struk­ turen. Das sind Strukturen, bei der eine dünne Schicht eines Halbleiters geringen Bandabstandes zwischen dickeren Schichten eines Halbleiters höhe­ ren Bandabstandes eingebettet ist. Die eingebettete Schicht beträgt weni­ ge Nanometer Dicke, sie ist dünner als die freie Weglänge der Elektronen. Die Beschränkung der Bewegung führt zu einer Quantisierung der kinetischen Energie. Diese Quantisierung beschränkt sich aber nur auf eine Dimension, in der Schicht können sich die Elektronen frei bewegen - ein zweidimensio­ nales Elektronengas entsteht. Das Ergebnis ist eine stufenförmige Zustands­ dichte des zweidimensionalen Elektronengases (Lexikon Elektronik und Mikro­ elektronik aaO. Seite 677 ff.). Man versucht nun weiter, die Quantum-Well- Strukturen mit einem zweidimensionalen Elektronengas weiter zu quantisie­ ren, also die Bewegung der Elektronen in einer weiteren Raumrichtung zu be­ schränken und zu quantisieren - Quantum-Wire/Quantendraht - oder gar in al­ len drei Raumrichtungen - Quantum-Box/Quantenpunkt. Im Falle eines Quanten­ punktes bestände die Zustandsdichte aus einer Folge von singulären Energiezu­ ständen. Die Herstellung von Quantenpunkten in der Praxis ist aber bislang noch nicht gelungen.

Bekannt sind allerdings schon Quantum-Well-Halbleiterlaser und Quantum-Well- Transistoren (aaO. Seite 680).

Auch in großen Forschungslaboratorien versucht man derzeit mit erheblichem Aufwand, Quantum-Well-Strukturen bis hin zu Quantenpunkt-Strukturen in Halb­ leitermaterialien zu realisieren (Spektrum der Wissenschaft, Ultrarechner, 1991, Seite 28 ff.). Bei diesen Versuchen wird stets mit Halbleitermateria­ lien, allerdings nicht mit Silizium, sondern mit Galliumarsenid bzw. Alu­ miniumgalliumarsenid gearbeitet. Man muß hier häufig bei sehr niedrigen Temperaturen arbeiten. Berichtet wird dabei auch über den Versuch, Quan­ tenpunkte in Zeolith-Strukturen chemisch zu isolieren, man versucht dort Clustermoleküle aus Cadmiumsulfid in Zeolith-Kammern zu isolieren. Mit chemischen Verfahren unter Verwendung von Zeolithen kann man zwar erheb­ lich kleinere Quantenpunkte durch Halbleiter-Clustermoleküle realisieren, als mit herkömmlicher Halbleiter-Technik, die chemisch realisierten Halb­ leitercluster variieren aber in der Größe und finden sich in der Zeolith- Struktur auch nur in Abständen. Das ist für wissenschaftliche Zwecke in­ teressant, in der Praxis aber noch einer Umsetzung fern.

Wie die voranstehenden Erläuterungen deutlich machen, fehlt es trotz inten­ siver Forschungstätigkeit bislang an einem Vorschlag für ein wirklich in der Praxis funktionierendes mikroelektronisches Bauelement auf der an sich äußerst vielversprechenden Grundlage eines Quantum-Well-, Quantendraht- oder gar Quantenpunkt-Systems. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses Problem einer Lösung zuzuführen.

Zum Verständnis für den Hintergrund der Erfindung darf auf die zuvor ange­ sprochenen Literaturstellen verwiesen werden, deren Inhalt zum Zwecke der Erläuterung auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldungsunter­ lagen gemacht wird.

Die Erfindung besteht nun für ein mikroelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 darin, daß der Bauelementkörper aus mindestens zwei, zumeist aber einer Vielzahl von in Anlage aneinander befindlichen Clustermolekülen aus metallischem Clusterkern und nicht-me­ tallischer (isolierender), den Clusterkern nach außen abschirmender und stabilisierender Ligandenhülle besteht.

Clustermoleküle aus metallischem Clusterkern und nicht-metallischer Ligan­ denhülle sind an sich bekannt, sie sind seit langem wegen ihrer besonderen Bindungsverhältnisse zwischen kovalenter und metallischer chemischer Bin­ dung, wegen ihrer polyedrischen Strukturen und wegen ihrer Reaktivität von erheblichem Interesse (Römpp Chemie Lexikon, 9. Auflage, Band 1, 1989, Sei­ te 754, 755). Die Ligandenhülle schützt den metallischen Clusterkern davor, sich mit dem metallischen Clusterkern benachbarter Clustermoleküle zu ver­ binden, sie stabilisiert den metallischen Clusterkern, so daß Clustermole­ küle mit metallischen Clusterkernen weitgehend eigenstabil sind. Besondere Untersuchungen sind für Übergangsmetall-Clustermoleküle durchgeführt wor­ den (EP-B 00 66 287), der Offenbarungsgehalt dieser vorveröffentlichten Druckschrift wird ebenfalls zum Zwecke der Erläuterung zum Inhalt der vor­ liegenden Anmeldungsunterlagen gemacht. In diesem Stand der Technik sind insbesondere M₅₅-Clustermoleküle untersucht worden, ihre besondere Eig­ nung als Katalysatoren bei der katalytischen Hydrierung, aber auch zur Metallbeschichtung beliebiger Oberflächen wurde festgestellt (aaO., Seite 2, Zeilen 56 bis 62, M = Au, Rh, Pt, Ru).

Wie die weiter oben gegebenen Ausführungen deutlich machen, richtet sich der Blick aller Forscher derzeit auf Quantum-Well-Systeme mit Halbleiterma­ terialien wie sie bei mikroelektronischen Bauelementen ohnehin praktisch immer verwendet werden. Erfindungsgemäß ist demgegenüber die Erkenntnis gewonnen worden, daß für den Bereich von Katalysatoren und zur Metallbeschichtung ebenfalls seit längerem bekannte Clustermoleküle mit metallischem Clusterkern und nicht-metallischer Ligandenhülle den Aufbau mikroelektronischer Bauelemente mit verblüffenden Eigenschaften erlauben. Erkannt worden ist dabei, daß Clustermoleküle mit metallischem Clusterkern bei richtiger Wahl der Größe ohnehin in ihren Eigenschaften an der Grenze zwischen Metall und Halbleiter liegen, wohingegen Clustermoleküle aus Halb­ leitermaterialien nahe dem Übergang Halbleiter/Isolator in ihren Eigen­ schaften anzusiedeln sind. Die gewünschten Eigenschaften mikroelektroni­ scher Bauelemente erreicht man also nach erfindungsgemäßer Erkenntnis bes­ ser, vielleicht überhaupt nur mit Metall-Clustermolekülen. Die Erfindung hat ferner die Erkenntnis gewonnen, daß ein in der Größe richtig bemesse­ nes Metall-Clustermolekül praktisch einen durch die Ligandenhülle tatsäch­ lich isolierten und stabilisierten Quantenpunkt bildet. Diese Quantenpunk­ te sind chemisch ohne weiteres herzustellen, es macht überhaupt keine be­ sondere Mühe, die dazu erforderlichen Verfahren sind verfügbar (EP-B 00 66 287), ganz im Gegensatz zu den extrem schwierigen Verfahren im Be­ reich der Halbleitermaterialien. Anders als bei Separierung der Cluster­ moleküle in dem Netzwerk von Zeolithen liegen hier die Clustermoleküle, da in sich stabil, ohne weiteres aneinander.

Die Tatsache, daß die Clustermoleküle, aus denen der Bauelementkörper des erfindungsgemäßen mikroelektronischen Bauelementes aufgebaut ist, mit den Ligandenhüllen aneinander anliegen, verhindert eine Verbindung zwischen den metallischen Clusterkernen benachbarter Clustermoleküle, erlaubt aber ein Durchtunneln der Ligandenhüllen durch entsprechend energiereiche bzw. passend energiereiche Elektronen. Dies ergibt also eine Tunnelleitfähig­ keit, und zwar eine quantisierte Tunnelleitfähigkeit mit einzelnen Elek­ tronen, letztlich ergibt sich in einem solchen mikroelektronischen Bau­ element eine Vielzahl von elektronenleitenden Quantenkanälen (Quantum- Wires).

Mit dem erfindungsgemäßen mikroelektronischen Bauelement ist ein Durchbruch in Richtung weiterer Miniaturisierung auf dem Gebiet der Mikroelektronik gelungen. Gegenüber 250 nm Platzbedarf auf einem Chip für bisher bekannte Transistorelemente hat ein mindestens aus zwei Metall-Clustermolekülen be­ stehender Quantendraht nur Abmessungen von 2 bis 4 nm.

Für die weitere Diskussion des erfindungsgemäßen mikroelektronischen Bau­ elementes darf zunächst auf die in Anspruch 2 angegebenen Materialien für das Metall des Clusterkerns hingewiesen werden, insbesondere Gold er­ scheint sehr passend, mit Gold sind entsprechend umfangreiche Versuche durchgeführt und erfolgreich abgeschlossen worden. Gemäß Anspruch 3 ist die Größe des Clustermoleküls für die Lehre der Erfindung auch von erheb­ licher Bedeutung. Es ist bekannt, daß in Clustermolekülen dieser Größenord­ nung die Metallatome im Clusterkern regelmäßig in dichtester Kugelpackung vorliegen. In dichtester Kugelpackung ergibt sich eine Kugelschale von 12 Ato­ men um ein inneres erstes Atom. Auf jeder weiteren Kugelschale befinden sich dann 10 n² + 2 Atome. Ein zweischaliges Metall-Clustermolekül ist also ein M₅₅-Cluster, insbesondere ein Au₅₅-Clustermolekül hat sich als eine hervor­ ragende Realisierungsmöglichkeit für ein mikroelektronisches Bauelement er­ wiesen. Es liegt die Vermutung nahe, daß das nächstkleinere Au₁₃-Clustermole­ kül schon zu stark halbleitende Eigenschaften hat, um für ein mikroelektro­ nisches Bauelement noch nutzbar zu sein. Größere Clustermoleküle sind ein­ setzbar, erhöhen aber den Platzbedarf.

Der Clusterkern eines Au₅₅-Clustermoleküls bildet einen dreidimensional be­ grenzten Raum, in dem sich zwei freie Elektronen befinden (Pauli-Prinzip), die genau quantisierte Energiezustände einnehmen. Das wird weiter noch ge­ nauer erläutert.

Für die Ligandenhülle gilt die Erläuterung in Anspruch 4, auch darf natür­ lich insgesamt auf die Literatur verwiesen werden.

Für die Abmessungen der Clustermoleküle in besonders zweckmäßiger Weise gilt Anspruch 5.

Wesentlich ist nun, wie man den Bauelementkörper des erfindungsgemäßen mi­ kroelektronischen Bauelementes überhaupt makroskopisch erstellt. Denkbar ist zwar mikroskopisch die Verwendung von nur zwei Clustermolekülen, das ist die minimale Anzahl, durch die ein Mikro-Quantenkanal gebildet wird. Normaler­ weise wird man aber mit einer Vielzahl von Clustermolekülen arbeiten. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren gelangt man zu Metall-Clustermolekülen in Form eines Granulats bzw. Pulvers. Man kann diese Clustermoleküle als Schüttung in einer Aufnahmefassung aufnehmen und entsprechend kontaktieren. Besonders zweckmäßig ist es aber, daß die Cluster­ moleküle in großer Anzahl unter hohem Druck, vorzugsweise einem Druck von mindestens ca. 10⁸ Pa, zu einem mechanisch zusammenhängenden Bauelementkör­ per verpreßt sind. Natürlich ist es zweckmäßiger, einen mechanisch zusammen­ hängenden, als solchen handhabbaren Bauelementkörper zu haben. Dies ist in Versuchen auch gelungen. Der dabei hergestellte Bauelementkörper - Preßkör­ per - ist eine kleine Scheibe mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dic­ ke von 0,379 mm. Allgemein ist es wohl zweckmäßig, daß der Bauelementkör­ per, insbesondere der durch Verpressung unter hohem Druck entstandene Bau­ elementkörper, maximale laterale Abmessungen - insbesondere einen Durchmes­ ser - von einigen mm, vorzugsweise von 2 bis 10 mm, insbesondere von ca. 5 mm, und eine Dicke von 0,1 bis 1,0 mm, insbesondere von ca. 0,4 mm, auf­ weist.

Unabhängig davon, ob man die Anschlußelektroden nach Herstellen des Bau­ elementkörpers auf diesen aufbringt oder direkt beim Verpressen mit dem Material des Bauelementkörpers verbindet, empfiehlt es sich in jedem Fall, diese auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen des Bauelementkörpers anzuordnen, so daß sich zwischen den Anschlußelektroden im Bauelementkör­ per die zuvor schon beschriebenen, zweckmäßigen Quantenkanäle - Reihen von aneinander anliegenden Clustermolekülen, die jeweils einen Quantenpunkt bilden - bilden. Durch Anlegen einer Gleichspannung an den Anschlußelektro­ den fließt zunächst ein Tunnelstrom einzelner Elektronen durch die Quanten­ kanäle (Gleichspannung beispielsweise 0,1 bis 5 V). Diesen Ruhestrom kann man ohne weiteres hinnehmen. Es hat sich nun gezeigt, daß man bei richti­ ger Handhabung des mikroelektronischen Bauelements den Ruhestrom, der aus angelegter Gleichspannung resultiert und auf Tunnelstrom einzelner Eletro­ nen beruht, dadurch verdoppeln kann, daß man die beiden freien Elektronen jedes Quantenpunktes quantenmechanisch aktiviert. Das geschieht durch An­ legen einer bestimmten Wechselfrequenz, es handelt sich beispielsweise bei Raumtemperatur und einem Au₅₅-Clustermolekül um eine Frequenz von 60 kHz, bei der sich plötzlich der Stromfluß durch den Quantenkanal sprunghaft ver­ doppelt. Überlagert man der Wechselspannung nochmals eine Gleichspannung, kann man damit die Frequenz - Resonanzfrequenz/Schaltfrequenz - verändern. Mit einem erfindungsgemäßen mikroelektronischen Bauelement kann man also, wie zuvor beschrieben, einen auf einem quantenmechanischen Tunneleffekt basierenden Widerstand realisieren, der sich in einer Resonanz sprunghaft halbiert, - Tunnelresonanzwiderstand. Die erfindungsgemäß angestellten Ver­ suche haben aber weiter gezeigt, daß man die zwischen den Anschlußelektro­ den im Bauelementkörper ausgebildeten Quantenkanäle aus Clustermolekülen durch Querspannungen steuern kann, wodurch parallele Quantenkanäle quer zur Haupt-Stromrichtung miteinander wechselwirken können, und zwar in ex­ tern beeinflußbarer Weise.

Man kann zweckmäßigerweise die Anschlußelektroden und ggf. auch die entspre­ chenden Steuerelektroden als Raster aus einzelnen, voneinander separierten Mikroelektroden ausführen. Versuche haben gezeigt, daß bei hinreichendem lateralen Abstand der Mikroelektroden voneinander die zwischen den einan­ der gegenüberliegenden Mikroelektroden eröffneten Quantenkanäle sich gegen­ seitig kaum oder gar nicht beeinflussen. Man könnte also mit dem erfindungs­ gemäßen mikroelektronischen Bauelement auf einer minimalen Oberfläche eine extrem große Anzahl von jeweils für sich steuerbaren Tunnelresonanzwiderstän­ den realisieren. Nutzt man die Wechselwirkungen einander benachbarter Quan­ tenkanäle aus, so gelangt man zum Prinzip eines "zellulären Automaten" (siehe Spektrum der Wissenschaft, aaO., Seite 38, rechte Spalte). Das macht sich die Tatsache zunutze, daß im erfindungsgemäß realisierten Bauelementkörper die Clustermoleküle als solche auch wieder in dichtester Kugelpackung vorliegen (jedenfalls dann, wenn man mit den hohen Preßdrücken gemäß Anspruch 7 arbei­ tet) und daher im Prinzip jedes Clustermolekül mit seinen zwölf nächsten Nachbarn zur Anlage kommt. Man nennt dies "massive Parallelität", ein Effekt, den man dann besonders nutzen kann, insbesondere wenn man weitere Steuerelek­ troden zusätzlich zu den Anschlußelektroden realisiert.

Ein wesentlicher Vorzug des erfindungsgemäßen mikroelektronischen Bauelemen­ tes liegt darin, daß es bei Raumtemperatur betrieben werden kann, man also eine volle mikroelektronische Funktionsfähigkeit hat, ohne auf Tiefsttem­ peraturen gehen zu müssen.

Im Grundsatz kann man davon ausgehen, daß man mikroelektronische Bauelemente auf der erfindungsgemäßen Grundlage der Metall-Clustermoleküle mit einem wei­ ten Bereich von Metallen mit einer geeigneten chemischen Schutzhülle - Li­ gandenhülle - realisieren kann. Die Clusterkerne können im Prinzip zwischen 13 und mehr als 1000 Atomen aufweisen, wobei ein unter allen Aspekten be­ sonderer Schwerpunkt mit besonders vorteilhaften Eigenschaften wohl beim zweischaligen M₅₅-Cluster liegen dürfte.

Ein erfindungsgemäß hergestellter Preßkörper als Bauelementkörper hat bei den angegebenen Preßdrücken und auf der Grundlage eines Au₅₅-Clusters eine Dichte von ca. 3,3 bis 3,7 g/cm³, sehr nahe an dem theoretisch ermittelten Wert für die dichteste Kugelpackung in diesem Fall. Es arbeitet bei Raumtem­ peratur, aber auch bei tieferen Temperaturen, wobei Verunreinigungen in der Probe von unwesentlicher Bedeutung sind, da sich für die Quantenkanäle bei Auftreten von Verunreinigungen Umweg-Pfade eröffnen, ohne daß sich der Wider­ stand erhöht. Das ist überhaupt ein wesentliches Charakteristikum des erfin­ dungsgemäßen mikroelektronischen Bauelementes, da nämlich die Leitfähigkeit eines einzelnen Clustermoleküls gleich der Leitfähigkeit des gesamten Quan­ tenkanals ist. Dadurch ist diese sprunghafte Verdoppelung des Tunnelstroms bei Erreichen einer Resonanzfrequenz und der so verursachten Nutzung des zweiten Elektrons für Leitungszwecke zu erklären.

Anhand der Zeichnung soll die Lehre der Erfindung nachfolgend in Ausführungs­ beispielen noch kurz erläutert werden. Fig. 1 zeigt mikroelektronische Bau­ elemente erfindungsgemäßen Aufbaus in verschiedenen äußeren Gestaltungsfor­ men (a, b, c, d), während Fig. 2 einerseits den kleinsten "Quantenkanal" mit zwei Clustermolekülen (a), andererseits einen realistischen Quantenkanal in einem Bauelementkörper (b) zeigt.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte elektronische Bauelement besteht aus einem die mikroelektronischen Eigenschaften bestimmenden Bauelementkörper 1 in Blockform, auf dessen Ober- und Unterseite sich jeweils eine mit dem Ma­ terial des Bauelementkörpers 1 elektrisch und mechanisch verbundene Anschluß­ elektrode 2 findet. Nur die obere Anschlußelektrode 2 ist hier zu sehen. Die Anschlußelektroden 2 dienen zur elektrischen Kontaktierung, sei es zu Meß­ zwecken, sei es, in der Praxis, nach außen hin in eine elektronische Schal­ tung. Wesentlich ist nun, daß der Bauelementkörper 1 aus einer Vielzahl von in Anlage aneinander befindlichen Clustermolekülen 3 aus metallischem Clusterkern 4 und nicht-metallischer Ligandenhülle 5 besteht. Zwei solcher Clustermoleküle 3 sind in Fig. 2a schematisch dargestellt. Sie bilden ge­ meinsam einen (den minimalen) Quantenkanal 6, angedeutet in Fig. 1b sind die parallel zwischen den Anschlußelektroden 2 verlaufenden, durch die angeleg­ te Spannung eröffneten Quantenkanäle 6.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel befaßt sich mit einem Clusterkern 4 der Clustermoleküle 3 aus Atomen eines Übergangsmetalls, nämlich hier aus Gold (Au). Diese Atome liegen im Clusterkern 4 in dichtester Kugelpackung vor, und zwar hier zweischalig, 55 Metallatome. Das scheint nach den bisherigen Untersuchungen ein besonders zweckmäßiger Clusterkern 4 zu sein (siehe auch EP-B 00 66 287 hinsichtlich der Herstellung von Clustermolekülen dieser Grö­ ßenordnung). Beispiele eines M₃₀₉- und M₅₆₁-Clustermoleküls sind Pt₃₀₉ phen₃₆ O₃₀ und Pd₅₆₁ phen₃₆ O₂₀₀. Die Ligandenhülle 5 der Clustermoleküle 3 ist in an sich bekannter Weise aus Phosphanmolekülen PR₃ und Chloratomen aufgebaut (Formel Au₅₅ [P(C₆H₃)₃]₁₂ Cl₆), sie dient der Isolierung gegenüber Ionenlei­ tung, der Abtrennung der Clusterkerne 4 benachbarter Clustermoleküle 3 von­ einander und der mechanischen Stabilisierung der jeweiligen Clustermoleküle 3 für sich.

Das in Fig. 2a schematisch dargestellte Clustermolekül 3 hat einen Außen­ durchmesser von ca. 2 nm, bei einem Kerndurchmesser von ca. 1,4 nm.

Während sich in Fig. 1a ein blockartiger Preßling aus Clustermolekülen 3 zeigt, der in der in den Ansprüchen erläuterten Weise hergestellt ist, zei­ gen die Fig. 1b, c und d einen scheibenförmigen Bauelementkörper 1. Ein zweckmäßiger Durchmesser wäre beispielsweise 5 mm bei einer Dicke von ca. 0,38 mm. Die Anschlußelektroden 2 sind dabei auf den einander gegenüberlie­ genden Flächen des Bauelementkörpers 1 angeordnet, im in den Fig. 1c und d dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Anschlußelektroden 2 als Ra­ ster aus einzelnen, separierten Mikroelektroden ausgeführt. Das hat die in der voranstehenden Beschreibung schon erläuterte Ausbildung zueinander paral­ lele Quantenkanäle 6 zwischen den einzelnen Mikroelektroden oder einer Reihe von Mikroelektroden zur Folge.

Fig. 2b zeigt einen solchen Quantenkanal 6 aus Clustermolekülen 3, woraus sich ohne weiteres erkennen läßt, daß ein Quantenkanal 6 nicht ohne weite­ res geradlinig hintereinander bzw. aufeinander liegende Clustermoleküle 3 haben muß. Im Regelfall wird ein Quantenkanal 6 eher einen Verlauf wie in Fig. 2b aufweisen, was aber für die physikalischen Eigenschaften nichts aus­ macht.

Fig. 1d zeigt zusätzlich zu den Anschlußelektroden 2 noch Steuerelektroden 7, durch die eine Steuerspannung quer zur Anschlußspannung über die Anschluß­ elektroden 2 an den Bauelementkörper 1 angelegt werden kann, so daß die Quantenkanäle 6 in Querrichtung beeinflußt werden. Schon mit dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1c kann man Querströme zwischen den Quantenkanälen 6 auf­ bauen und ausnutzen, schon damit ergibt sich die weiter oben erläuterte "mas­ sive Parallelität" der Quantenpunkte. Schon damit ist das Funktionsprinzip eines "zellulären Automaten" realisierbar. Besonders zweckmäßig geht das aber in der Beeinflussung der Querströme natürlich mit den zusätzlichen Steuerelektroden 7 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1d. Dadurch lassen sich auf extrem kleinem Raum eine ungeheure Vielzahl von parallelen Kanälen steuern, so daß sich beispielsweise der Gesamt-Stromfluß über das mikroelek­ tronische Bauelement gemäß der Erfindung steuern läßt oder andere, auch nichtlineare Effekte erzielt werden können.

Wesentlich ist, daß sich das mikroelektronische Bauelement gemäß der Erfin­ dung nicht nur bei tiefen Temperaturen betreiben läßt, sondern auch und be­ sonders bei Raumtemperatur. Man muß noch nicht einmal von der Umgebungsat­ mosphäre her besondere Voraussetzungen schaffen, wenngleich eine Inertgas­ atmosphäre für den Betrieb vorteilhaft ist.

Claims (14)

1. Mikroelektronisches Bauelement bestehend aus einem die elektronischen Ei­ genschaften des Bauelementes bestimmenden Bauelementkörper (1) und aus min­ destens zwei mit dem Material des Körpers elektrisch (und mechanisch) ver­ bundenen Anschlußelektroden (2) zur elektrischen Kontaktierung nach außen, insbesondere in einer elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauelementkörper (1) aus mindestens zwei, zumeist aber einer Vielzahl von in Anlage aneinander befindlichen Clustermolekülen (3) aus metallischem Clusterkern (4) und nicht-metallischer (isolierender), den Clusterkern (4) nach außen abschirmender und stabilisierender Ligandenhülle (5) besteht.

2. Mikroelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Clusterkern (4) der Clustermoleküle (3) aus Atomen eines Übergangs­ metalls, vorzugsweise von Silber (Ag), Gold (Au), Kobalt (Co), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), insbesondere von Gold (Au), be­ steht.

3. Mikroelektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Atome im Clusterkern (4) der Clustermoleküle (3) in dichtester Kugelpackung zweischalig vorliegen, also M₅₅ (55 Metallatome)-Cluster bilden, ggf. auch größer sind und z. B. M₁₄₇-, M₃₀₉- oder M₅₆₁-Cluster bilden.

4. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ligandenhülle (5) der Clustermoleküle (3) aus Phos­ phanmolekülen und Chloratomen aufgebaut ist.

5. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Clustermoleküle (3) einen Außendurchmesser von ca. 2 nm, mit einem Durchmesser des Clusterkerns (4) von ca. 1,2 bis 1,6 nm, ins­ besondere von ca. 1,4 nm, aufweisen.

6. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Clustermoleküle (3) als Schüttung in einer Aufnahme­ fassung entsprechender Größe aufgenommen sind und so den Bauelementkörper (1) bilden und die Anschlußelektroden (2) die Schüttung in der Aufnahmefassung kontaktieren.

7. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Clustermoleküle (3) in großer Anzahl unter hohem Druck, vorzugsweise einem Druck von mindestens ca. 10⁸ Pa, zu einem mecha­ nisch zusammenhängenden Bauelementkörper (1) verpreßt sind.

8. Mikroelektronisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (2) durch das Verpressen mit dem Material des Bau­ elementkörpers (1) gleichzeitig kontaktiert sind.

9. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbeson­ dere nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauele­ mentkörper (1), insbesondere der durch Verpressung unter hohem Druck entstan­ dene Bauelementkörper (1), maximale laterale Abmessungen - insbesondere ei­ nen Durchmesser - von einigen mm, vorzugsweise von 2 bis 10 mm, insbesondere von ca. 5 mm, und eine Dicke von 0,1 bis 1,0 mm, insbesondere von ca. 0,4 mm, aufweist.

10. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (2) auf einander gegenüberliegen­ den Flächen des Bauelementkörpers (1) angeordnet sind.

11. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelektroden (2) als Raster aus einzelnen, vor­ zugsweise voneinander separierten Mikroelektroden ausgeführt sind.

12. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Anschlußelektroden (2) weitere, vorzugs­ weise quer dazu angeordnete Steuerelektroden (7), insbesondere auch als Raster angeordnet, vorgesehen sind.

13. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb an die Anschlußelektroden (2) Spannungen un­ terschiedlicher Frequenz anlegbar sind.

14. Mikroelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement bei Raumtemperatur und, vorzugsweise, in einer Inertgasatmosphäre betrieben wird.