EP4073845A1 - Halbleiterstruktur mit einer dielektrischen oder halbleitenden schicht die ein dickenprofil aufweist - Google Patents

Halbleiterstruktur mit einer dielektrischen oder halbleitenden schicht die ein dickenprofil aufweist

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EP4073845A1
EP4073845A1 EP20824439.2A EP20824439A EP4073845A1 EP 4073845 A1 EP4073845 A1 EP 4073845A1 EP 20824439 A EP20824439 A EP 20824439A EP 4073845 A1 EP4073845 A1 EP 4073845A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base material
structural unit
material layer
layer
component structural
Prior art date
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Pending
Application number
EP20824439.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Mikulics
Hilde Hardtdegen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • H10D64/518—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs characterised by the conducting layers characterised by their lengths or sectional shapes

Definitions

  • the invention relates to a component structure unit for (semiconductor) components with which the charge carrier concentration profile and the distribution of the charge carriers in a (semiconductor) component can be influenced in a targeted manner.
  • the invention further relates to a method for producing a component structural unit for (semiconductor) components with which the charge carrier concentration profile and the distribution of the charge carriers in a (semiconductor) component can be influenced in a targeted manner.
  • the invention further relates to a (semiconductor) component containing at least one component structural unit according to the invention.
  • the transistor structures eg MOSHFET
  • their electrical parameters eg drain - source current
  • intrinsic material properties such as conductivity
  • the electric field or the applied voltage can be increased and / or the distances between the transport path (channel lengths) can be reduced.
  • transistor structures for example high drain-source voltages (VDS) or small channel lengths are used, which increase the electric field (E).
  • Semiconductor component to be provided containing at least one component structural unit according to the invention.
  • this object is achieved by a component structural unit according to the main claim and by a manufacturing method for this component structural unit according to the secondary claim.
  • the task is still solved by a Component, in particular semiconductor component, containing at least one component structural unit according to the invention.
  • a component structural unit in particular for semiconductor components, was developed, comprising at least one semiconducting base material, to which at least one material layer with an inhomogeneously configured thickness profile is applied.
  • the component structure unit By applying at least one material layer with an inhomogeneous thickness profile to the base material, the component structure unit according to the invention can create a gradient in the charge carrier concentration profile of a component, in particular a semiconductor component, along the transport direction of the charge carriers through a targeted inhomogeneous variation of the layer thickness or the layer structure of this applied material exhibit.
  • the charge carrier concentration and charge carrier mobility can be adjusted along the transport direction of the charge carriers in a component.
  • inhomogeneous thickness profile can be understood in the context of the invention, for example, inhomogeneous layer thicknesses or layer structures of the material applied along the surface of the base material in the transport direction of the charge carriers, which, for example, have layers with an increasing and within the layer with regard to the layer thickness of the applied material / or include decreasing gradients.
  • This gradient can, for example, be in a range between> 0 nm and 100 nm.
  • the Material layer with the inhomogeneous layer thickness or layer structure profile for example, also have a layer structure with a conical and / or stepped thickness profile and / or comprise a layer profile with irregular and / or regular, alternately repeating thick or thin layer areas and / or elevations and depressions.
  • the material or the material layer which is applied to the semiconducting base material can, for example, be applied as a layer both partially, i.e. only to a sub-area or sub-areas of the base material, for example from at least one side or above and / or below the layer of the base material or be applied selectively, or also completely surround or cover the base material.
  • the inhomogeneous material layer applied to the base material can also be composed of several, at least 2, for example 2 to 4, different layers of different materials that are applied next to one another or on top of one another, of which at least one material / material layer with an inhomogeneous layer thickness or layer structure is applied and configured.
  • the desired inhomogeneous thickness profile, the layer thickness and the gradual layer thickness configuration for the desired charge carrier concentration profile can be determined with the aid of simulation methods known to the person skilled in the art.
  • the desired conductivity and the desired conductivity character of the (semiconductor) component can be determined.
  • the only requirement of the base material is that it has at least a semiconducting conductivity.
  • each material of the base material serves as insulating layers and / or are of lower (electrical) conductivity and higher dielectric constant.
  • the material of the material layer applied inhomogeneously to the base material is advantageously an insulator or a dielectric, such as an element from the group of oxides or nitrides of Al or Si or at least one oxide nitride of Si, and / or transition metal oxides, such as a compound from the group of Hf02, Zr02, La203, Y203, Ta20s, Ti02, Pr203, Gd203 and / or a mixed oxide from the group of HfSi04, ZrSi04, GdSc03, SrTi03, BaTi03, PbTa20electrical, LiNbro03, which are partly electric, piezoelectric, LiNbro03 Have properties.
  • a dielectric such as an element from the group of oxides or nitrides of Al or Si or at least one oxide nitride of Si, and / or transition metal oxides, such as a compound from the group of Hf02, Zr02, La203, Y203, Ta20s
  • the material of the material layer applied inhomogeneously to the base material can also belong to the group of electrets, in particular made from the group of, for example, polymers [10] such as polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene propylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride and some of its copolymers. These materials combine a low electrical conductivity and / or a high dielectric constant.
  • the material of the inhomogeneous material layer can also be, for example, a semiconductor with a larger band gap and / or lower charge carrier mobility than the base material. It could also be the same material as the base material, which, however, was then implanted (doped) inhomogeneously along the transport direction of the charge carriers and / or in which the doping was inhomogeneously activated by annealing (e.g. by laser micro annealing).
  • annealing e.g. by laser micro annealing
  • the base material is advantageously an element semiconductor, for example composed of elements of main group IV, in particular C, Si, Ge, Sn or alloys thereof and / or heterostructures thereof, or a compound semiconductor, such as an alloy composed of elements of III.
  • Main group in particular B, Al, Ga, In, and elements of main group V, in particular N, P, As and / or heterostructures thereof, or an alloy of elements of main group II, in particular Be, Zn, Cd, and / or Elements of the VI.
  • Main group in particular O, S, Se, Te and / or heterostructures therefrom.
  • the base material can also consist of a multilayer structure (heterostructure).
  • At least one further, electrically conductive material layer can be applied to the material layer which is applied to the base material.
  • This further, electrically conductive, material layer can advantageously be used, for example, to be able to apply a voltage to the component structural unit according to the invention.
  • This further electrically conductive material layer which is applied to the material layer on the base material, can be applied homogeneously or have an identical thickness profile and an identical geometric configuration as the material layer which is located directly on the base material. However, as a departure from this, it can also have its own geometric arrangement and its own thickness profile and, for example, be applied continuously or discontinuously.
  • Suitable materials for these further material layer (s) are, for example, all electrically conductive materials that can serve as electrodes, such as the metals Ti, Fe, Ni, Co, Pt, Cr, Pd, W, Ag, Cu, Au , In, silicides of Co, W, Ti, Ta and Mo, poly-Si, superconductors such as Al, Nb, NbN, YBaCuO, conductive transparent oxides such as indium tin oxide (ITO), Ru02, Ir02 and T1O2, conductive polymers , such as polyanilines, polypyrroles, polythiophenes and derivatives of polythiophenes and, for example, combinations of polymers such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly (styrene sulfonate) (PSS), i.e. PEDOTPSS, the extensive tt electron systems in Have the form of conjugated double bonds.
  • PEDOT poly (3,4-ethylenedioxythi
  • the component structure unit according to the invention can, for example, advantageously be used as a control unit of a transistor, as a gate electrode of a field effect transistor or can also be designed as a collecting or discharge electrode of a photodetector or, furthermore, can also be built into the semiconducting gate of a field effect transistor via an electrically conductive intermediate piece that defines the gate length.
  • the invention also relates to a method for producing a component structural unit according to the invention.
  • at least one material layer is applied to a base material, in which the thickness profile is applied inhomogeneously to the surface of the base material along the transport direction of the charge carriers.
  • coating methods such as chemical vapor deposition and vapor phase epitaxy (CVD and VPE processes), physical vapor deposition processes (PVD), molecular beam deposition and epitaxy, rotation coating processes or also lithographic processes or etching processes, however, using methods that enable an inhomogeneous deposition with respect to the thickness profile along the transport direction of the charge carriers.
  • CVD and VPE processes chemical vapor deposition and vapor phase epitaxy
  • PVD physical vapor deposition processes
  • MBE molecular beam deposition and epitaxy
  • rotation coating processes or also lithographic processes or etching processes, however, using methods that enable an inhomogeneous deposition with respect to the thickness profile along the transport direction of the charge carriers.
  • the invention further relates to a component, in particular a semiconductor component, containing at least one component structural unit according to the invention.
  • the figures show, by way of example, longitudinal sections of (semiconductor) components, which are designed here as nanowire layer structures, containing at least one component structural unit according to the invention. These layer structures can also be transferred to one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional structures, in particular nano-structures, which are attached to a template / substrate from at least one side.
  • inventions shown here by way of example are not limited to the geometric arrangement and representation selected here in the form of longitudinal sections.
  • flat, continuous and / or discontinuous arrangements of inhomogeneously applied material layers according to the invention are also possible, the geometric arrangement of which, for example, only recognizable in the representation of a cross-section, full section, partial section or profile section or a top view, front view, side view of the component structural unit according to the invention are.
  • FIG. 1 Component structure unit designed as a nanowire layer structure according to the prior art
  • FIG. 2 Component structure unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and a material layer with a conical thickness profile applied inhomogeneously according to the invention
  • FIG. 3 component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a conical thickness profile and a further electrically conductive (electrode) material layer applied thereon
  • FIG. 4 Component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and a material layer applied inhomogeneously according to the invention with a stepped thickness profile Electrically conductive (electrode) material layer
  • Figure 6 Component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a stepped thickness profile and a discontinuously partially applied electrically conductive (electrode) material layer on the steps of this material layer
  • FIG. 4 Component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and a material layer applied inhomogeneously according to the invention with a stepped thickness profile Electrically conductive (electrode) material layer on the steps of this material layer
  • Component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a thickness profile, characterized by alternately repeating elevations and depressions of this thickness profile, with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane
  • FIG. 8 Component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and a material layer applied inhomogeneously according to the invention with a thickness profile, characterized by alternately repeating elevations and depressions of this thickness profile, with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane and a discontinuous, partially on that in FIG Pictorial representation of horizontally aligned surfaces of the respective depressions and elevations of this material layer, applied electrically conductive (electrode) material layer
  • FIG. 9a component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a thickness profile characterized by alternately repeating elevations and depressions, with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane, and a surface aligned horizontally in the illustration in each case a recess and on the surface of the elevation of this material layer directly adjacent to it, which is oriented vertically and horizontally in the illustration, applied electrically conductive (electrode) material layer
  • FIG. 9b component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a thickness profile characterized by alternately repeating elevations and depressions, with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane, and one each on the entire surface of a depression and the directly adjacent elevation of this material layer, applied electrically conductive (electrode) material layer, these being electrically conductive material layer has an interruption or gap between two elevations of the inhomogeneously applied material layer, in which no electrically conductive material is applied
  • FIG. 9c component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a thickness profile, characterized by alternately repeating elevations and depressions, with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane, and one aligned horizontally in the illustration Surfaces each of a depression applied electrically conductive (electrode) material layer and a further electrically conductive material layer, which extends completely over the horizontal and vertical surface of two adjacent elevations and the respective depression in between
  • FIG. 9d component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and an inhomogeneously applied material layer according to the invention with a thickness profile characterized by alternately repeating elevations and depressions, with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane, and a further electrically conductive material layer that extends completely over the horizontal and vertical surface of two adjacent elevations and the respective recess therebetween extends
  • FIG. 10 Component structural unit according to the invention designed as a nanowire layer structure with base material and a homogeneously applied material layer to which an electrically conductive (electrode) material layer is applied discontinuously, which in the illustration appears as block-like elements with a rectangular cross section
  • FIG. 1 shows a component structure unit 1 designed as a nanowire layer structure according to the prior art in a longitudinal section.
  • the component structure Unit 1 comprises a base material 2, here a nanowire, which is enveloped or coated uniformly and homogeneously by / with a second material 3, here a dielectric.
  • FIG. 2 shows in longitudinal section a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is encased or coated by / with a material 3, here for example a dielectric, inhomogeneously in relation to the thickness profile of this material layer, with the thickness profile of this material layer 3 has a thickness profile running conically along the entire surface of the base material 2 in the transport direction of the charge carriers.
  • the applied material layer 3 can also be composed of several different layers, also referred to as a heterostructure.
  • the conical thickness profile of the material 3 applied to the base material 2 creates a gradient in the distribution of the charge carrier concentration and mobility of these charge carrier particles in the base material 2 and thus a gradient in the charge carrier density. In the area where the applied material 3 has an increasing layer thickness, there is a change in the concentration of the charge carriers in the base material 2.
  • the change in the concentration of the charge carriers due to the inhomogeneously designed thickness profile of the material layer 3 can also be influenced by the base material 2 and / or the material 3 used and by the resulting interactions of these materials with one another, for example with regard to an increase or decrease in the charge carrier concentration.
  • the charge carrier concentration decreases with increasing thickness of the material layer 3 and the charge carrier mobility increases [4]
  • the base material 2 consists of several layers (heterostructure) and has polar properties in the direction of the layer sequence (e.g. group III nitrides, crystallizing in the wurtzite structure and stacking of the layers perpendicular to the c-axis of the crystal lattice), spontaneous polarization of the base material 2 occurs. If a monocrystalline material with a high band gap and a material layer is then applied to this base material 2 as the material layer 3 If a lower lattice constant, such as AIGaN, is applied, the lattice mismatch affects the charge carrier concentration and piezoelectric polarization occurs [11].
  • group III nitrides e.g. group III nitrides, crystallizing in the wurtzite structure and stacking of the layers perpendicular to the c-axis of the crystal lattice
  • FIG. 3 shows in longitudinal section an exemplary embodiment of the component structure unit 1 according to the invention, similar to that shown in FIG. 2, designed as a nanowire layer structure, with a further electrically conductive material layer 4 being additionally applied to the material layer 3, which has the same geometric configuration of the material layer 3 .
  • This electrically conductive material layer 4 can for example consist of aluminum, polysilicon or a titanium / gold alloy. With the aid of this material layer 4, a gate voltage can be applied and, as a result, the charge carrier concentration can also be further changed and influenced.
  • FIG. 4 shows, in longitudinal section, a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is inhomogeneously enveloped or coated by / with a material 3, here for example a dielectric, this material layer 3 being an inhomogeneous, step-shaped one along the surface of the component structural unit 1 has a thickness profile running in the transport direction of the charge carriers.
  • a material 3 here for example a dielectric
  • these stages can advantageously be produced in a simple technical manner.
  • different materials with different dielectric constants can be applied per stage.
  • charge carrier concentrations can be set. In this way, charge carrier reservoirs that are filled to different degrees can advantageously be formed locally.
  • These reservoirs can drain in a cascade-like manner. Such reservoirs are advantageous because they ensure that, if necessary, the stability of the charge carrier transport is maintained when they are emptied. You then form "Storage areas" with load carriers.
  • the base material 2 does not consist of a single material, but of a multilayer structure of different materials, charge carrier concentrations can be set via the layer thickness, in particular the step height or step thickness, to match the area next to it.
  • the conductivity of the channel of the (semiconductor) component can be technically adapted, depending on requirements and application, without the base material 2 of the component structural unit 1 having to be changed.
  • FIG. 5 shows in longitudinal section a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is inhomogeneously enveloped or coated by / with a material 3, here for example a dielectric, the layer thickness of the material 3 being an inhomogeneous, step-shaped , has a layer thickness profile running along the surface of the base material 2 in the transport direction of the charge carriers.
  • a further material layer 4 is applied to the material layer 3, which completely covers the surface of the material layer 3 and produces a surface that is flat on the outside of the component structural unit 1.
  • a gate voltage can be applied to the positions / regions of the component structure unit 1 labeled “Vg” in FIG.
  • Figure 6 shows a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is inhomogeneously enveloped or coated by / with a material 3, here for example a dielectric, the applied material 3 having a stepped thickness profile and discontinuously, partially on the horizontal surface of the steps of this material layer 3, an electrically conductive (electrode) material layer 4.
  • This material layer 4 has one in each case in the sectional plane shown here rectangular geometry, the individual areas of the material layer 4 being separated from one another.
  • the designations Vg1 to Vgx used in this FIG. 6 identify, as already explained above, the positions / areas at which gate voltages can be applied. It is possible to apply different gate voltages, although this is not absolutely necessary. Through this advantageous embodiment, individual regions of the component structure unit 1 can be activated locally and in isolation by applying a gate voltage.
  • FIG. 7 shows a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is inhomogeneously enveloped or coated by / with a material 3, here for example a dielectric, the material layer 3 having an inhomogeneous thickness profile! which has alternatingly repeating thick and thin layer areas or elevations and depressions, with geometry shown as a rectangle in the cutting plane.
  • the configuration in the form of the elevations and depressions creates spatially different charge carrier areas. These charge carrier areas can, for example, be without charge carriers, that is, they can be completely emptied or they can be (also partially) filled with charge carriers. Areas in which the charge carriers are located can be referred to as “charge carrier traps”.
  • the geometric configuration of the material layer 3 with elevations and depressions shown here by way of example enables what is known as “passive” spatial control of the charge carrier concentration to be achieved.
  • FIG. 8 shows, like FIG. 7, a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is inhomogeneously encased or coated by / with a material 3, here for example a dielectric, the layer of the material 3 having an inhomogeneous thickness profile , which has alternatingly repeating thick and thin layer areas or elevations and depressions with geometry shown as a rectangle in the cutting plane.
  • a further material 4 is applied to each of the elevations and depressions, which in the sectional plane shown here has a rectangular geometry and in each case partially on the surface of the elevations which is horizontally aligned in this illustration and depressions of the material layer 3 is applied.
  • the partially applied areas of the applied material layer 3 are separated from one another in the embodiment shown here.
  • the designations Vg1 to Vgx used in this figure identify the positions / areas at which the gate voltages can be applied.
  • the charge carrier concentration can also be actively spatially changed, different charge carrier areas and / or charge carrier traps can be generated and the shape and size of the charge carrier areas can be changed. It is possible to apply different gate voltages, although this is not absolutely necessary.
  • FIG. 9a shows a component structural unit 1 according to the invention, designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 and a material layer 3 applied inhomogeneously to the base material 2 according to the invention with a thickness profile, characterized by alternating thick and thin layer areas or elevations and depressions with a geometry shown as a rectangle in the sectional plane and an electrically conductive (electrode) material layer 4 applied to the horizontally and vertically aligned surfaces in the pictorial representation and the adjacent elevation of this material layer 3.
  • Vg1 bis used in this figure As already explained above, Vgx identify the positions / areas at which the gate voltages can be applied. It is possible to apply different gate voltages, although this is not absolutely necessary.
  • a respective gate voltage can always be applied to an area of adjacent depression and elevation.
  • individual areas can be actively controlled and delimited spatially, locally, and the charge carrier concentration can be actively changed spatially.
  • FIG. 9 b shows one of the further possible embodiments with regard to the applied electrically conductive (electrode) material layer 4.
  • the area of this material layer 4 extends over the entire surface of a recess and the associated one directly adjacent elevation of the material layer 3, this electrically conductive material layer 4, however, having an interruption or gap between two elevations of the inhomogeneously applied material layer 3, in which no electrically conductive material 4 is applied.
  • This configuration can advantageously be used to ensure that fixed, local charge carrier traps can be obtained when the gate voltage is applied.
  • FIG. 9c shows one of the further possible configurations with regard to the applied electrically conductive (electrode) material layer 4, in which the applied electrically conductive (electrode) material layer 4 extends onto the surfaces of a recess of the material layer 3, which are horizontally aligned in the illustration , electrically separated therefrom, another electrically conductive material layer 4, extends completely over the horizontal and vertical surface of two adjacent elevations and the respective recess of the material layer 3 located between them, so that, for example, the region of the recess with the gate voltage Vg1 and the second area, which extends over the two adjoining elevations with the depression lying in between, can be subjected to the gate voltage Vg2, so that here, too, locally active charge carrier traps can be designed.
  • FIG. 9d shows one of the further possible configurations with regard to the applied electrically conductive (electrode) material layer 4, in which the applied electrically conductive (electrode) material layer 4 only extends over the horizontal and vertical surface of two adjacent elevations and the respective depression located between them the material layer 3 extends.
  • a gate voltage Vg2 can be applied to this area, so that here, too, locally active charge carrier traps can be designed.
  • different electrically conductive materials 4 could be applied, which can be applied discontinuously, with gaps or interruptions.
  • a component structural unit 1 designed as a nanowire layer structure, comprising a base material 2 which is enveloped or coated by a material, here for example a dielectric, the layer of this material 3, in this embodiment shown here, a homogeneous, has a thickness profile running along the surface of the base material 2 in the transport direction of the charge carriers.
  • this layer of the material 3 can also be composed of different materials which, for example, have a layer structure perpendicular to the transport direction of the charge carriers of the component.
  • the different materials can directly adjoin one another or be shaped with small gaps to one another.
  • a further electrically conductive material 4 is applied to this material layer 3, which is applied discontinuously and in each case has a rectangular geometry in the sectional plane shown here.
  • the designations Vg1 to Vgx used in this figure identify, as already explained in the figures described above, the positions / areas at which a gate voltage can be applied. With the aid of these applied gate voltages, localized, individual regions with different charge carrier concentrations can be generated in the component structure unit 1. It is possible to apply different gate voltages, although this is not absolutely necessary.
  • this material layer 3 is exceptionally homogeneously applied to the base material 2, unlike the other exemplary embodiments shown above.
  • the electrically conductive material layer 4 is applied partially and discontinuously to the material layer 3.
  • component structural unit 2 base material

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauelementstruktureinheit für (Halbleiter-) Bauelemente, umfassend mindestens ein halbleitendes Basismaterial (2), welches dadurch gekennzeichnet ist, dass auf das Basismaterial (2) wenigstens eine Materialschicht (3) so aufgebracht ist, dass diese Materialschicht ein inhomogen ausgestaltetes Dickenprofil entlang der Oberfläche, in Transportrichtung der Ladungsträger, im Bauelement ausbildet, mit der das Ladungsträgerkonzentrationsprofil und die Verteilung der Ladungsträger in einem (Halbleiter-) Bauelement gezielt beeinflusst werden kann. Weiter kann ein leitendes Material (4) als Gate auf der Materialschicht (3) angeordnet sein. Die Bauelementstruktureinheit kann auch mehrere unabhängige Gates aufweisen. Das Basismaterial (2) kann der Kanal eines FETs sein, und kann als Nanodraht ausgebildet sein. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauelementstruktureinheit für (Halbleiter-) Bauelemente, mit der das Ladungsträgerkonzentrationsprofil und die Verteilung der Ladungsträger in einem (Halbleiter-) Bauelement gezielt beeinflusst werden kann. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Halbleiter-Bauelement, enthaltend wenigstens eineerfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit.

Description

B e s c h r e i b u n g
HALBLEITERSTRUKTUR MIT EINER DIELEKTRISCHEN ODER HALBLEITENDEN SCHICHT DIE EIN DICKENPROFIL AUFWEIST
Die Erfindung betrifft eine Bauelementstruktureinheit für (Halbleiter-) Bauelemente, mit der das Ladungsträgerkonzentrationsprofil und die Verteilung der Ladungsträger in einem (Halbleiter-) Bauelement gezielt beeinflusst werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Bauelementstruktureinheit für (Halbleiter-) Bauelemente, mit der das Ladungsträgerkonzentrationsprofil und die Verteilung der Ladungsträger in einem (Halbleiter-) Bauelement gezielt beeinflusst werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein (Halbleiter-)Bauelement enthaltend wenigstens eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit.
Stand der Technik Seit der Einführung von Transistorstrukturen[1],[2] haben sich die Halbleiterbauelemente massiv weiterentwickelt. Das Grundprinzip basiert auf der Steuerung der Ladungsträgerkonzentration mit der angelegten Gate-Spannung. Zusätzlich kann man die Schwellenspannung (Threshold-Voltage Vth) in den Transistor-Strukturen durch die Verwendung von z.B. dielektrischen Schichten steuern, wobei dann die Ladungs- trägerkonzentration abhängig von - neben den Eigenschaften (dielektrische Konstante) der dielektrischen Schicht - der verwendeten dielektrischen Schichtdicke ist [3], [4]. Diese wirkt sich auch auf die Ladungsträger-Beweglichkeit aus, wobei die Ladungsträger-Driftgeschwindigkeit v von dem angelegten elektrischen Feld E und der Ladungsträgerbeweglichkeit m bestimmt wird (v = m x E). Da die Transistor-Struktu- ren (z.B. MOSHFET) und ihre elektrischen Parameter (z.B. drain - source current) auch stark von intrinsischen Materialeigenschaften abhängen, wie z.B. von der Leitfähigkeit, ist es vorteilhaft, dass man gezielt bei der Wahl der Bauelementarchitektur und speziell der dielektrischen Schichtdicke die jeweilige Funktion des Bauelementes berücksichtigt. Um den Ladungsträgertransport im (Halbleiter-) Bauelement generell zu verbessern und/oder die Effizienz der Strominjektion zu erhöhen, kann z.B. das elektrische Feld bzw. die angelegte Spannung erhöht und/oder die Abstände des Transportweges (Kanallängen) verkleinert werden. Bei Transistor-Strukturen werden zum Beispiel hohe Drain-Source-Spannungen (VDS) oder kleine Kanallängen eingesetzt, die das elektrische Feld ( E ) vergrößern. Obwohl die Driftgeschwindigkeit (v) der Ladungsträger zunehmen sollte (v = m x £), nimmt die Ladungsträgerbeweglichkeit (m) bei sehr hohem elektrischen Feld wieder ab [5]-[7]. Als Konsequenz nimmt der Drain-Source- Strom nur noch aufgrund der zunehmenden Ladungsträgerkonzentration zu. Es gibt Bestrebungen, örtlich die Dotierung und dadurch die Ladungsträgerkonzentration zu verändern. Das Design dieser Strukturen ist technisch aber sehr aufwändig. Bei den existierenden Bauelementlösungen für Bauelementstruktureinheiten ist die räumliche Verteilung bzw. die Distribution von Ladungsträgerkonzentration und -Beweglichkeit hinsichtlich der Verluste im Ladungsträgertransport immer noch nicht zufriedenstellend gelöst. Je nach Bauelementart (z.B. Transistor, LED, etc.) kommt es dann beispielsweise zu unerwünschter und/oder unvermeidlicher Wärmeentwicklung in der Bauelementstruktur [8], [9]. Das beeinflusst die Funktion des Bauelementes nachteilig und kann oder führt in der Regel zur Reduzierung der Lebensdauer und/oder der Zuverlässigkeit des Bauelementes.
Aufgabe und Lösung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Bauelementstruktureinheiten für Bauelemente, insbesondere Halbleiter-Bauelemente, zur Verfügung zu stellen, mit denen das La- dungsträgerkonzentrationsprofii des (Halbleiter-) Bauelements gezielt durch die erfin- dungsgemäße Bauelementstruktureinheit im (Halbleiter-) Bauelement selbst beeinflusst werden kann und in Folge dieser erfindungsgemäßen Bauelementstruktureinheiten dann die (Halbleiter-) Bauelementeigenschaften hinsichtlich der Leitfähigkeit und des Leitungscharakters gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden können. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Bauelementstruktureinheit bereitzustellen, sowie ein Bauelement, insbesondere
Halbleiter-Bauelement, bereit zu stellen, enthaltend wenigstens eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bauelementstruktureinheit gemäß Hauptanspruch sowie durch ein Herstellungsverfahren für diese Bauelement- Struktureinheit gemäß Nebenanspruch. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Bauelement, insbesondere Halbleiter-Bauelement, enthaltend wenigstens eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen.
Gegenstand der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Bauelementstruktureinheit, insbesondere für Halbleiter-Bauelemente, entwickelt, umfassend mindestens ein halbleitendes Basismaterial, auf das wenigstens eine Materialschicht mit einem inhomogen ausgestalteten Dickenprofil aufgebracht ist.
Durch das Aufbringen wenigstens einer Materialschicht mit einem inhomogenen Dickenprofil auf das Basismaterial, kann die erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit einen Gradienten in dem Ladungsträgerkonzentrationsprofil eines Bauelements, insbesondere eines Halbleiter-Bauelements, entlang der Transportrichtung der Ladungsträger durch eine gezielte inhomogene Variation der Schichtdicke oder der Schichtstruktur dieses aufgebrachten Materials aufweisen. Durch das Aufbringen des Materials mit einer inhomogenen Variation der Schichtdicke oder der Schichtstruktur dieses Materials kann die Ladungsträgerkonzentration und Ladungsträgerbeweglichkeit entlang der Transportrichtung der Ladungsträger in einem Bauelement eingestellt werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um den Ladungsträgertransport im (Halbleiter-) Bauelement zu verbessern, die Effizienz der Strom Injektion und/oder der Elektronen Extraktion zu erhöhen, Ladungsträgerfallen zu erzeugen und/oder Signale in Zuleitungen und oder Verbindungen (sogenannten „interconnects“) zu beschleunigen.
Unter der Bezeichnung „inhomogenes Dickenprofil“ können im Rahmen der Erfindung beispielsweise inhomogene Schichtdicken oder Schichtstrukturen des entlang der Oberfläche des Basismaterials in Transportrichtung der Ladungsträger aufgebrachten Materials verstanden werden, welche beispielsweise Schichten mit einem, innerhalb der Schicht hinsichtlich der Schichtdicke des aufgebrachten Materials, zunehmendem und/oder abnehmenden Gradienten umfassen. Dieser Gradient kann beispielsweise in einem Bereich zwischen > 0 nm und 100 nm liegen. So kann die Materialschicht mit dem inhomogenen Schichtdicken- oder Schichtstrukturprofil beispielsweise auch eine Schichtstruktur mit einem konisch verlaufenden und/oder stufenförmigem Dickenprofil aufweisen und/oder ein Schichtprofil mit unregelmäßigen und/oder regelmäßigen, alternierend wiederholenden dicken oder dünnen Schichtbe- reichen und/oder Erhebungen und Vertiefungen umfassen.
Das Material oder die Materialschicht, welches/welche auf das halbleitende Basismaterial aufgebracht ist, kann beispielsweise als Schicht sowohl partiell, also nur auf einen Teilbereich oder Teilbereiche des Basismaterials aufgebracht sein, zum Beispiel von wenigstens einer Seite oder ober- und/oder unterhalb der Schicht des Basisma- terials oder punktuell aufgebracht sein, oder aber auch das Basismaterial komplett umgeben oder bedecken.
Weiterhin kann die auf das Basismaterial aufgebrachte inhomogene Materialschicht auch aus mehreren, wenigstens 2, mit beispielsweise 2 bis 4, unterschiedlichen Schichten aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein, die nebeneinan- der oder aufeinander aufgebracht sind, wovon wenigstens ein Material/eine Materialschicht mit einer inhomogenen Schichtdicke oder Schichtstruktur aufgebracht und ausgestaltet ist.
Anhand der Kenntnisse über die Eigenschaften des Materials/ der Materialien, welches/welche mit einem inhomogenen Schichtprofil auf das Basismaterial aufgebracht werden soll, kann mit Hilfe von dem Fachmann bekannten Simulationsverfahren das gewünschte inhomogene Dickenprofil, die Schichtdicke und die graduelle Schichtdickenausgestaltung für das gewünschte Ladungsträgerkonzentrationsprofil, die gewünschte Leitfähigkeit und den gewünschten Leitfähigkeitscharakter des (Halbleiter-) Bauelements bestimmt werden. Die Leitfähigkeit s ist mit der Ladungsträgerkonzent- ration n und mit der Ladungsträgerbeweglichkeit m (s = b*h*m) korreliert, wobei e die Elementarladung ist.
Vom Basismaterial ist lediglich zu fordern, dass es wenigstens eine halbleitende Leitfähigkeit aufweist.
Wenn die Materialschicht auf das Basismaterial aufgebracht wird, so gibt es zu jedem Material des Basismaterials eine Gruppe besonders geeigneter Materialien, die als Isolierschichten dienen, und/oder von geringerer (elektrischer) Leitfähigkeit und höherer Dielektrizitätskonstante sind.
Vorteilhaft ist das Material der inhomogen auf das Basismaterial aufgebrachten Materialschicht ein Isolator oder ein Dielektrikum, wie zum Beispiel ein Element aus der Gruppe der Oxide oder Nitride des AI oder Si oder wenigstens ein Oxidnitrid des Si, und/oder Übergangsmetalloxide, wie zum Beispiel eine Verbindung aus der Gruppe von Hf02, Zr02, La203,Y203, Ta20s, Ti02 , Pr203, Gd203 und/oder ein Mischoxid aus der Gruppe der HfSi04, ZrSi04, GdSc03, SrTi03, BaTi03, PbTa206, LiNb03, die zum Teil ferroelektrische, pyroelektrische und piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Das Material der inhomogen auf das Basismaterial aufgebrachten Materialschicht kann auch zu der Gruppe der Elektrete gehören, insbesondere hergestellt aus der Gruppe der beispielsweise Polymere [10], wie Polytetrafluorethylen, Polytetrafluorethylenpropylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylidenfluorid und einige seiner Copolymere. Diese Materialien vereinen eine geringe elektrische Leitfähigkeit und/oder eine hohe Dielektrizitätskonstante.
Das Material der inhomogenen Materialschicht kann aber auch beispielsweise ein Halbleiter mit größerer Bandlücke und/oder geringerer Ladungsträgerbeweglichkeit als das Basismaterial sein. Auch könnte es dasselbe Material wie das Basismaterial sein, das dann allerdings entlang der Transportrichtung der Ladungsträger inhomogen implantiert (dotiert) wurde und/oder bei dem die Dotierung durch Tempern (z. B. durch Laser micro annealing) inhomogen aktiviert wurde.
Vorteilhaft ist das Basismaterial ein Elementhalbleiter, beispielsweise aus Elementen der IV. Hauptgruppe, insbesondere C, Si, Ge, Sn oder Legierungen daraus und/oder Heterostrukturen daraus, oder ein Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise eine Legierung aus Elementen der III. Hauptgruppe, insbesondere B, AI, Ga, In, und Elementen der V. Hauptgruppe, insbesondere N, P, As und/oder Heterostrukturen daraus, oder eine Legierung aus Elementen der II. Hauptgruppe, insbesondere Be, Zn, Cd, und/oder Elementen der VI. Hauptgruppe, insbesondere O, S, Se, Te und/oder Heterostrukturen daraus. Es könnte auch aus der Klasse der 2D-Materialien, insbesondere Graphen, Germanen, Silicen, schwarzer Phosphor, M0S2 und/oder aus der Gruppe der topologischen Isolatoren, insbesondere Sb2Te3, B Tes, sowie deren Heterostrukturen und Legierungen ausgewählt werden, die Halbleiter mit kleiner Bandlücke sind. Es können auch organische Halbleiter, wie beispielsweise Polymere, in denen Derivate des Poly(p-phenylen-vinylen) als Farbstoffe verwendet werden, eingesetzt werden. Das Basismaterial kann auch aus einer Mehrschichtstruktur (Heterostruktur) bestehen.
Auf die Materialschicht, die auf das Basismaterial aufgebracht ist, kann in einer vorteilhaften Ausführung der Bauelementstruktureinheit noch mindestens eine weitere, elektrisch leitfähige, Materialschicht aufgebracht sein. Diese weitere, elektrisch leitfähige, Materialschicht kann beispielsweise vorteilhaft dazu eingesetzt werden, an die erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit eine Spannung anlegen zu können.
Diese weitere elektrisch leitfähige Materialschicht, die auf die Materialschicht auf dem Basismaterial aufgebracht wird, kann dabei homogen aufgetragen sein oder ein identisches Dickenprofil und eine identische geometrische Ausgestaltung wie die Materialschicht haben, die sich direkt auf dem Basismaterial befindet. Sie kann aber, abweichend davon, auch eine eigene geometrische Anordnung und ein eigenes Dickenprofil aufweisen und beispielsweise kontinuierlich oder diskontinuierlich aufgebracht sein.
Als Materialien für diese weitere/n Materialschicht/en sind beispielsweise alle elektrisch leitenden Materialien geeignet, die als Elektroden dienen können, wie zum Beispiel die Metalle Ti, Fe, Ni, Co, Pt, Cr, Pd, W, Ag, Cu, Au, In, Silicide des Co, W, Ti, Ta und Mo, Poly-Si, Supraleiter, wie zum Beispiel AI, Nb, NbN, YBaCuO, leitfähige transparente Oxide, wie Indiumzinnoxid (ITO), Ru02, Ir02 und T1O2, leitfähige Polymere, wie zum Beispiel Polyaniline, Polypyrrole, Polythiophene und Derivate von Polythiophenen sowie beispielweise Kombinationen aus Polymeren, wie Poly(3,4- ethylendioxythiophen) (PEDOT) und Poly(styrol-sulfonat) (PSS) also PEDOTPSS, die ausgedehnte tt-Elektronensysteme in Form von konjugierten Doppelbindungen aufweisen.
Die erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit kann beispielsweise vorteilhaft als Steuereinheit eines Transistors, als Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors oder auch als Sammel- oder Ableitungselektrode eines Photodetektors ausgebildet sein oder weiterhin auch über ein elektrisch leitendes Zwischenstück, das die Gatelänge definiert, an das halbleitende Gate eines Feldeffekttransistors eingebaut sein.
Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bauelementstruktureinheit. Dabei wird auf ein Basismaterial wenigstens eine Materialschicht aufgebracht, bei der das Dickenprofil entlang der Transportrichtung der Ladungsträger inhomogen auf die Oberfläche des Basismaterials aufgebracht wird.
Als Methoden der Beschichtung sind alle dem Fachmann für Beschichtungen be- kannten Verfahren geeignet, wie beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung und Gasphasenepitaxie (CVD- und VPE-Verfahren), physikalische Gasphasenabscheideverfahren (PVD), Molekularstrahldeposition und -epitaxie, Rotatationsbeschichtungsverfahren oder auch lithographische Verfahren oder Ätzverfahren, allerdings unter Verwendung von Methoden, die eine entlang der Transportrichtung der Ladungsträger inhomogene Abscheidung bezüglich des Dickenprofils ermöglichen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauelement, insbesondere Halbleiter-Bauelement, enthaltend wenigstens eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit.
Spezieller Beschreibungsteil
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung an Hand von Figuren erläutert, ohne, dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt wird. Die Figuren zeigen in dieser zeichnerischen Darstellungsform, beispielhaft jeweils Längsschnitte von (Halbleiter-)Bauelementen, die hier als Nano- draht-Schichtstrukturen ausgestaltet sind, enthaltend wenigstens eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit. Diese Schichtstrukturen können auch übertragen werden auf eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Strukturen, insbesondere Nano-Strukturen, die mindestens von einer Seite an einem Template/Substrat befestigt sind.
Die hier beispielhaft gezeigten Ausführungsformen beschränken sich nicht auf die hier in Form von Längsschnitten gewählte geometrische Anordnung und Darstellung. Im Sinne der Erfindung sind beispielsweise auch flächige, kontinuierliche und/oder diskontinuierliche Anordnungen von erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschichten möglich, deren geometrische Anordnung beispielsweise erst in der Darstellung eines Querschnitts, Vollschnitts, Teilschnitts oder Profilschnitts odereiner Aufsicht, Vorderansicht, Seitenansicht, auf die erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit erkennbar sind.
Es wird gezeigt:
Figur 1 : Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur gemäß Stand der Technik Figur 2: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit konischem Dickenprofil
Figur 3: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen auf- gebrachten Materialschicht mit konischem Dickenprofil und einer weiteren darauf aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden-) Materialschicht
Figur 4: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit stufenförmigem Dickenprofil Figur 5: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht, mit stufenartigem Dickenprofil und einer vollständig auf diese Materialschicht aufgebrachten weiteren, elektrisch leitfähigen (Elektroden)-Ma- terialschicht Figur 6: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit stufenförmigem Dickenprofil und einer diskontinuierlich partiell auf den Stufen dieser Materialschicht aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden)-Materialschicht Figur 7: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit einem Dickenprofil, gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende Erhebungen und Vertiefungen dieses Dickenprofils, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie
Figur 8: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit einem Dickenprofil, gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende Erhebungen und Vertiefungen dieses Dickenprofils, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie und einer diskontinuierlich, partiell auf die in der bildlichen Darstellung horizontal ausgerichteten Oberflächen der jeweili gen Vertiefungen und Erhebungen dieser Materialschicht, aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden)-Materialschicht
Figur 9a: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit einem Dickenprofil gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende Erhebungen und Vertiefungen, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie, und einer auf die in der bildlichen Darstellung horizontal ausgerichteten Oberflächen jeweils einer Vertiefung und auf die in der bildlichen Darstellung vertikal und horizontal ausgerichtete Oberfläche der dazu direkt benachbarten Erhebung dieser Materialschicht, aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektro- den)-Materialschicht
Figur 9b: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen auf- gebrachten Materialschicht mit einem Dickenprofil gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende Erhebungen und Vertiefungen, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie, und einer jeweils auf die gesamte Oberflächen einer Vertiefung und der dazu direkt benachbarten Erhebung dieser Materialschicht, aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden)-Materialschicht, wobei diese elektrisch leitfähige Materialschicht jeweils zwischen zwei Erhebungen der inhomogen aufgebrachten Materialschicht eine Unterbrechung oder Spalte aufweist, bei der kein elektrisch leitfähiges Material aufgebracht ist
Figur 9c: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit einem Dickenprofil, gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende Erhebungen und Vertiefungen, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie, und einer auf die in der bildlichen Darstellung horizontal ausgerichteten Oberflächen jeweils einer Vertiefung aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden)-Materialschicht und einer weiteren elektrisch leitfähigen Materialschicht, die sich komplett über die horizontale und vertikale Oberfläche zweier benachbarter Erhebungen und die sich jeweils dazwischen befindende Vertiefung erstreckt
Figur 9d: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer erfindungsgemäß inhomogen aufgebrachten Materialschicht mit einem Dickenprofil gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende Erhebungen und Vertiefungen, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie, und einer weiteren elektrisch leitfähigen Materialschicht, die sich komplett über die horizontale und vertikale Oberfläche zweier benachbarter Erhebungen und die sich jeweils dazwischen befindende Vertiefung erstreckt
Figur 10: erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur mit Basismaterial und einer homogen aufgebrachten Materialschicht auf die diskontinuierlich eine elektrisch leitfähige (Elektroden)-Materialschicht aufgebracht ist, die in der bildlichen Darstellung als blockartige Elemente mit einem rechteckigen Querschnitt erscheint
Figur 1 zeigt eine Bauelementstruktureinheit 1 ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur gemäß Stand der Technik im Längsschnitt. Die Bauelementstruktur- einheit 1 umfasst ein Basismaterial 2, hier einen Nanodraht, der von/mit einem zweiten Material 3, hier einem Dielektrikum, gleichmäßig und homogen umhüllt oder beschichtet ist.
Figur 2 zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material 3, hier beispielsweise einem Dielektrikum, inhomogen, in Be zug auf das Dickenprofil dieser Materialschicht, umhüllt oder beschichtet ist, wobei das Dickenprofil dieser Materialschicht 3, ein entlang der gesamten Oberfläche des Basismaterials 2 in Transportrichtung der Ladungsträger konisch verlaufendes Dickenprofil aufweist. Die aufgebrachte Materialschicht 3 kann dabei auch aus mehreren unterschiedlichen Schichten, auch als Heterostruktur bezeichnet, zusammengesetzt sein. Durch das konisch verlaufende Dickenprofil des auf das Basismaterial 2 aufgebrachten Materials 3, wird ein Gradient in der Verteilung der Ladungsträgerkonzentration und Beweglichkeit dieser Ladungsträgerteilchen im Basismaterial 2 erzeugt und somit ein Gradient in der Ladungsträgerdichte. In dem Bereich, wo das aufgebrachte Material 3 eine zunehmende Schichtdicke aufweist, kommt es im Basismaterial 2 zu einer Veränderung der Konzentration der Ladungsträger.
Die Veränderung der Konzentration der Ladungsträger durch das inhomogen ausgestaltete Dickenprofil der Materialschicht 3 kann, hinsichtlich einer beispielsweise Zunahme oder Abnahme der Ladungsträgerkonzentration, auch beeinflusst werden durch das verwendete Basismaterial 2 und/oder das Material 3 und durch die daraus resultierenden Wechselwirkungen dieser Materialien untereinander.
Besteht beispielsweise die Materialschicht 3 aus einem Oxid, wie beispielsweise AI2O3, nimmt die Ladungsträgerkonzentration mit zunehmender Dicke der Materialschicht 3 ab und die Ladungsträgerbeweglichkeit zu [4]
In anderen Materialsystemen, in denen beispielsweise das Basismaterial 2 aus mehreren Schichten besteht (Heterostruktur) und in Richtung der Schichtabfolge polare Eigenschaften aufweist (z.B. Gruppe III Nitride, kristallisierend in der Wurtzit-Struktur und Stapelung der Schichten senkrecht zur c-Achse des Kristallgitters), tritt eine spontane Polarisation des Basismaterials 2 auf. Wird dann auf dieses Basismaterial 2 als Materialschicht 3 ein einkristallines Material mit hoher Bandlücke und einer ge- ringeren Giterkonstante aufgebracht, wie z.B. AIGaN, wirkt sich die Gitterfehlpassung auf die Ladungsträgerkonzentration aus und eine piezoelektrische Polarisation tritt ein [11]. Bei zunehmender Dicke des Materials 3 nimmt die Verspannung zu, bis die Schicht relaxiert und die Verspannung abgebaut wird [12]. Bei einer Zunahme der Schichtdicke der Materialschicht 3, nimmt daher die Ladungsträgerkonzentration zunächst zu. Wenn also die Materialschicht 3 inhomogen in der Dicke ist, werden lokal unterschiedliche Ladungsträgerkonzentrationen erzeugt. Die Leitfähigkeit s des Basismaterials 2 ist mit der Ladungsträgerkonzentration (n) und Ladungsträgerbeweglichkeit (m) korreliert. Es gilt: s = e *n* m, wobei e die Elementarladung ist.
Figur 3 zeigt im Längsschnit ein ähnlich wie in Figur 2 dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nano- draht Schichtstruktur, wobei hier zusätzlich auf die Materialschicht 3 eine weitere elektrisch leitende Materialschicht 4 aufgebracht ist, welche die gleiche geometrische Ausgestaltung der Materialschicht 3 aufweist. Diese elektrisch leitfähige Materialschicht 4 kann beispielsweise aus Aluminium, Polysilizium oder aus einer Titan/Gold Legierung bestehen. Mit Hilfe dieser Materialschicht 4 kann eine Gate-Spannung angelegt werden und dadurch die Ladungsträgerkonzentration zusätzlich noch weiter verändert und beeinflusst werden.
Figur 4 zeigt im Längsschnit eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material 3, hier beispielsweise einem Dielektrikum, inhomogen umhüllt oder beschichtet ist, wobei diese Materialschicht 3, ein inhomogenes, stufenförmiges, entlang der Oberfläche der Bauelementstruktureinheit 1 in Transportrichtung der Ladungsträger verlaufendes Dickenprofil aufweist. Vorteilhaft sind diese Stufen einfach technisch herzustellen. Darüber hinaus können auch unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen dielektrischen Konstanten pro Stufe aufgebracht werden. Durch diese unterschiedliche Dicke der Materialschicht 3 in Form von Stufen, können lokal unterschiedliche Ladungsträgerkonzentrationen eingestellt werden. Es können sich so in vorteilhafter Weise, lokal Ladungsträger-Reservoirs bilden, die unterschiedlich stark gefüllt sind. Diese Reservoirs können sich kaskadenartig entleeren. Solche Reservoirs sind vorteilhaft, denn sie gewährleisten, gegebenenfalls die Stabilität des Ladungsträgertransportes aufrechtzuerhalten, wenn sie sich entleeren. Sie bilden dann „Vorratsbereiche“ mit Ladungsträgern. Besteht das Basismaterial 2 nun nicht aus einem einzigen Material, sondern aus einer Mehrschichtstruktur unterschiedlicher Materialien, können über die Schichtdicke, hier insbesondere die Stufenhöhe- oder Stufendicke, passend zu dem danebenliegenden Bereich, Ladungsträgerkonzentrationen eingestellt werden. Vorteilhaft kann der Kanal des (Halbleiter-)Bauelements in seiner Leitfähigkeit technisch, je nach Bedarf und Anwendung, angepasst werden, ohne dass das Basismaterial 2 der Bauelementstruktureinheit 1 verändert werden muss.
Figur 5 zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material 3, hier beispielsweise einem Dielektrikum, inhomogen umhüllt oder beschichtet ist, wobei die Schichtdicke des Materials 3, ein inhomogenes, stufenförmiges, entlang der Oberfläche des Basismaterials 2 in Transportrichtung der Ladungsträger verlaufendes Schichtdickenprofil aufweist. Zusätzlich ist auf die Materialschicht 3 eine weitere Materialschicht 4 aufgebracht, welche die Oberfläche der Materialschicht 3 vollständig bedeckt und eine zur Außenseite der Bauelementstruktureinheit 1 ebene Oberfläche erzeugt. An den in der Figur 5 mit „Vg“ bezeichneten Positionen/Bereichen der Bauelementstruktureinheit 1 kann eine Gate-Spannung angelegt werden. Dadurch können lokal in der Bauelementstruktureinheit 1 zusätzlich unterschiedliche Intensitäten des elektrischen Feldes und erzeugt werden und die Ladungsträgerkonzentration zusätzlich verändert und beeinflusst werden. Gemäß der Ausgestaltung der Figur 5, werden alle Bereiche demselben Potential ausgesetzt, wobei durch die unterschiedlichen Dicken/Stufenhöhe oder Stufendicke des Materials 3, örtlich unterschiedliche Intensitäten des elektrischen Feldes vorhanden sind.
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material 3, hier beispielsweise einem Dielektrikum, inhomogen umhüllt oder beschichtet ist, wobei das aufgebrachte Material 3 ein stufenförmiges Dickenprofil aufweist und diskontinuierlich, partiell auf der horizontalen Oberfläche der Stufen dieser Materialschicht 3, eine elektrisch leitfähige (Elektroden)-Materialschicht 4 aufweist. Diese Materialschicht 4 weist in der hier dargestellten Schnittebene jeweils eine rechteckige Geometrie auf, wobei die einzelnen Bereiche der Materialschicht 4 untereinander getrennt sind. Die in dieser Figur 6 verwendeten Bezeichnungen Vg1 bis Vgx kennzeichnen, wie schon zuvor erläutert, die Positionen/Bereiche, an denen Gate-Spannungen angelegt werden können. Es ist möglich, unterschiedliche Gate- Spannungen anzulegen, wobei dies nicht zwingend notwendig ist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung können lokal und isoliert einzelne Bereiche der Bauelementstruktureinheit 1 aktiv durch das Anlegen einer Gate-Spannung angesteuert werden.
Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material 3, hier beispielsweise einem Dielektrikum, inhomogen umhüllt oder beschichtet ist, wobei die Materialschicht 3 ein inhomogenes Dickenprofi! aufweist, welches alternierend wiederholende dicke und dünne Schichtbereiche oder Erhebungen und Vertiefungen, mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie aufweist. Durch die Ausgestaltung in Form der Erhebungen und Vertiefungen entstehen räumlich unterschiedliche Ladungsträgerbereiche. Diese Ladungsträgerbereiche können beispielsweise ohne Ladungsträger sein, also komplett geleert sein oder aber mit Ladungsträgern (auch teilweise) gefüllt sein. Bereiche in denen die Ladungsträger lokalisiert sind, können als „Ladungsträgerfallen“ bezeichnet werden. Durch die hier beispielhaft dargestellte geometrische Ausgestaltung der Materialschicht 3 mit Erhebungen und Vertiefungen kann vorteilhaft eine sogenannte „passive“, räumliche Steuerung der Ladungsträgerkonzentration erreicht werden.
Figur 8 zeigt wie Figur 7 eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material 3, hier beispielsweise einem Dielektrikum, inhomogen umhüllt oder beschichtet ist, wobei die Schicht des Materials 3 ein inhomogenes Dickenprofil aufweist, welches alternierend wiederholende dicke und dünne Schichtbereiche oder Erhebungen und Vertiefungen mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie aufweist. Zusätzlich zu der Materialschicht 3 ist auf die Erhebungen und Vertiefungen jeweils ein weiteres Material 4 aufgebracht, welches in der hier dargestell- ten Schnittebene jeweils einen rechteckige Geometrie aufweist und jeweils partiell auf der in dieser Darstellung horizontal ausgerichteten Oberfläche der Erhebungen und Vertiefungen der Materialschicht 3 aufgebracht ist. Die partiell aufgebrachten Bereiche der aufgebrachten Materialschicht 3 sind in der hier dargestellten Ausführung untereinander getrennt. Die in dieser Figur verwendeten Bezeichnungen Vg1 bis Vgx kennzeichnen, wie schon zuvor erläutert, die Positionen/Bereiche, an denen die Gate-Spannungen angelegt werden können. Mit Hilfe dieser Positionen/Bereiche, an welche die Gate-Spannungen angelegt werden können, können nunmehr zusätzlich, neben der „passiven“ Ausführungsform gemäß Figur 7, auch aktiv räumlich die La dungsträgerkonzentration verändert, unterschiedliche Ladungsträgerbereiche und/oder Ladungsträgerfallen erzeugt werden und die Form und Größe der Ladungsträgerbereiche verändert werden. Es ist möglich, unterschiedliche Gate-Spannungen anzulegen, wobei dies nicht zwingend notwendig ist.
Figur 9a zeigt wie Figur 7 und 8 eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2 und einer erfindungsgemäß inhomogen auf das Basismaterial 2 aufgebrachten Materialschicht 3 mit einem Dickenprofil, gekennzeichnet durch sich alternierend wiederholende dicke und dünne Schichtbereiche oder Erhebungen und Vertiefungen mit in der Schnittebene rechteckig dargestellter Geometrie und einer auf die in der bildlichen Darstellung horizontal und vertikal ausgerichteten Oberflächen jeweils einer Vertiefung und der dazu benachbarten Erhebung dieser Materialschicht 3, aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden)-Materialschicht 4. Die in dieser Figur verwendeten Bezeichnungen Vg1 bis Vgx kennzeichnen, wie schon zuvor erläutert, die Positionen/Bereiche, an denen die Gate-Spannungen angelegt werden kann. Es ist möglich, unterschiedliche Gate-Spannungen anzulegen, wobei dies nicht zwingend notwendig ist.
In der hier dargestellten vorteilhaften Ausgestaltung kann jeweils immer ein Bereich von benachbarter Vertiefung und Erhebung mit jeweils einer Gate-Spannung beaufschlagt werden. Dadurch können auch hier wieder räumlich, lokal einzelne Bereiche aktiv angesteuert und abgegrenzt werden und aktiv räumlich die Ladungsträgerkonzentration verändert werden.
Solche Bereiche können beispielsweise vorteilhaft für das Quantencomputing auch bei Raumtemperatur eingesetzt werden. Figur 9 b zeigt im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß Figur 9a eine der weiteren möglichen Ausgestaltungen hinsichtlich der aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden-) Materialschicht 4. In der hier dargestellten Ausführung erstreckt sich der Bereich dieser Materialschicht 4 über die gesamte Oberfläche einer Vertiefung und der dazu direkt benachbarten Erhebung der Materialschicht 3, wobei diese elektrisch leitfähige Materialschicht 4 jedoch jeweils zwischen zwei Erhebungen der inhomogen aufgebrachten Materialschicht 3 eine Unterbrechung oder Spalte aufweist, bei der kein elektrisch leitfähiges Material 4 aufgebracht ist. Diese Ausgestaltung kann vorteilhaft dazu genutzt werden, dass beim Anlegen der Gate-Spannung feste, lokale Ladungsträgerfallen erhalten werden können.
Figur 9c zeigt eine der weiteren möglichen Ausgestaltungen hinsichtlich der aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden-) Materialschicht 4, bei der sich die aufgebrachte elektrisch leitfähige (Elektroden)-Materialschicht 4 auf die in der bildlichen Darstellung horizontal ausgerichteten Oberflächen jeweils einer Vertiefung der Materialschicht 3 erstreckt und, davon elektrisch getrennt, eine weitere elektrisch leitfähige Materialschicht 4, sich komplett über die horizontale und vertikale Oberfläche zweier benachbarter Erhebungen und die sich jeweils dazwischen befindende Vertiefung der Materialschicht 3 erstreckt, so dass beispielsweise der Bereich der Vertiefung mit der Gate-Spannung Vg1 und der zweite Bereich, der sich über die zwei anschließenden Erhebungen mit der dazwischen liegenden Vertiefung erstreckt, mit der Gate- Spannung Vg2 beaufschlagt werden kann, sodass auch hier wieder aktiv räumlich lokal Ladungsträgerfallen gestaltet werden können.
Figur 9d zeigt eine der weiteren möglichen Ausgestaltungen hinsichtlich der aufgebrachten elektrisch leitfähigen (Elektroden-) Materialschicht 4, bei der sich die aufgebrachte elektrisch leitfähige (Elektroden)-Materialschicht 4 nur über die horizontale und vertikale Oberfläche zweier benachbarter Erhebungen und die sich jeweils dazwischen befindende Vertiefung der Materialschicht 3 erstreckt. An diesen Bereich kann eine Gate-Spannung Vg2 angelegt werden, sodass auch hier wieder aktiv räumlich lokal Ladungsträgerfallen gestaltet werden können. Grundsätzlich könnten überall dort, wo Erhebungen und Vertiefungen in der Materialschicht 3 ausgestaltet sind, unterschiedliche elektrisch leitfähige Materialien 4 aufgebracht sein, die diskontinuierlich, mit Spalten oder Unterbrechungen aufgebracht sein können. Figur 10 zeigt eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit 1 , ausgestaltet als Nanodraht Schichtstruktur, umfassend ein Basismaterial 2, welches von/mit einem Material, hier beispielsweise einem Dielektrikum, umhüllt oder beschichtet ist, wobei die Schicht dieses Materials 3, in dieser hier dargestellten Ausführungsform ein homogenes, entlang der Oberfläche des Basismaterials 2 in Transportrichtung der La- dungsträger entlangverlaufendes Dickenprofil aufweist.
Diese Schicht des Materials 3 kann, wie bereits zuvor erwähnt, auch aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein, die beispielsweise eine Schichtstruktur senkrecht zur T ransportrichtung der Ladungsträger des Bauelements aufweisen. Die unterschiedlichen Materialien können direkt aneinander angrenzen oder mit kleinen Lücken zueinander geformt sein.
Auf diese Materialschicht 3 ist ein weiteres elektrisch leitfähiges Material 4 aufgebracht, welches diskontinuierlich aufgebracht ist und in der hier dargestellten Schnittebene jeweils eine rechteckige Geometrie aufweist. Die in dieser Figur verwendeten Bezeichnungen Vg1 bis Vgx kennzeichnen, wie schon in den zuvor beschriebenen Figuren erläutert, die Positionen/Bereiche, an denen eine Gate-Spannung angelegt werden kann. Mit Hilfe dieser angelegten Gate-Spannungen, können lokalisierte, einzelne Bereiche von unterschiedlicher Ladungsträgerkonzentration in der Bauelementstruktureinheit 1 erzeugt werden. Es ist möglich, unterschiedliche Gate-Span- nungen anzulegen, wobei dies nicht zwingend notwendig ist. Für die in dieser Ausführung gemäß Figur 10 dargestellte Bauelementstruktureinheit 1 wird bei der Herstellung der auf das Basismaterial 2 aufgebrachten Materialschicht 3, abweichend von den übrigen, zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen, diese Materialschicht 3 ausnahmsweise homogen auf das Basismaterial 2 aufgebracht. Die Aufbringung der elektrisch leitfähigen Materialschicht 4 erfolgt partiell und diskontinu- ierlich auf die Materialschicht 3.
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Bezugszeichenliste:
1 : Bauelementstruktureinheit 2: Basismaterial
3: Material/Materialschicht, das/die auf Basismaterial aufgebracht ist
4: elektrisch leitfähige Materialschicht

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bauelementstruktureinheit (1) umfassend mindestens ein halbleitendes Basismaterial (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf das Basismaterial (2) wenigstens eine Materialschicht (3) so aufgebracht ist, dass diese Materialschicht (3) ein inhomogen ausgestaltetes Dickenprofil entlang der Oberfläche des Basismaterials (2) in Transportrichtung der Ladungsträger ausbildet.
2. Bauelementstruktureinheit (1) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Basismaterial (2) aufgebrachte Materialschicht (3), aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt ist, die nebeneinander oder aufeinander aufgebracht sind, wovon wenigstens ein Material/eine Materialschicht mit einer inhomogenen Schichtdicke oder Schichtstruktur aufgebracht ist.
3. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine auf das Basismaterial (2) aufgebrachte Materialschicht (3) mit einem inhomogen ausgestalteten Dickenprofil ausgestaltet ist, die eine Schichtdicke oder Schichtstruktur mit einem, innerhalb der Schicht hinsichtlich der Schichtdicke, zunehmendem und/oder abnehmenden Gradienten umfasst.
4. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine auf das Basismaterial (2) aufgebrachte Materialschicht (3) ein inhomogen ausgestaltetes Dickenprofil, insbesondere konisch verlaufendes und/oder stufenförmiges Dickenprofil aufweist und/oder durch ein Dickenprofil gekennzeichnet ist, welches alternierend wiederholende dicke und dünne Schichtbereiche und/oder Erhebungen und Vertiefungen aufweist.
5. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3), mit dem inhomogen ausgestalteten Dickenprofil, auf das Basismaterial (2) partiell oder komplett aufgebracht ist.
6. Bauelementstruktureinheit (1), umfassend mindestens ein halbleitendes Basismaterial (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf das Basismaterial (2) wenigstens eine Materialschicht (3) so aufgebracht ist, dass diese Materialschicht (3) ein homogen ausgestaltetes Dickenprofil entlang der Oberfläche des Basismaterials (2) in Transportrichtung der Ladungsträger ausbildet und wobei auf diese Materialschicht (3) ein weiteres elektrisch leitfähiges Material (4) aufgebracht ist, welches vorzugsweise partiell und diskontinuierlich aufgebracht ist.
7. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3) wenigstens ein Isolator und/oder ein Dielektrikum ist.
8. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3) wenigstens ein Element aus der Gruppe der Oxide oder Nitride des AI oder Si oder ein Oxidnitrid des Si enthält und/oder ein Übergangsmetalloxid aus der Gruppe der Hf02, ZGOS, La203,Y203, Ta205, T1O2 , Pr203, Gd203 und/oder ein Mischoxid aus der Gruppe der HfSi04, ZrSi04, GdSc03, SrTi03, BaTi03, PbTa20e, LiNb03 Verbindungen.
9. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3), wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Elektrete enthält.
10. , Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3), wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Elektrete enthält, wobei diese Elektrete, Verbindungen der Gruppe der Polymere, insbesondere Polytetrafluorethylen, Polytetrafluorethylenpropylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinyli- denfluorid und seiner Copolymere enthalten.
11. Bauelementstruktureinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3), wenigstens ein Halbleiter mit größerer Bandlücke und/oder geringerer Ladungsträgerbeweglichkeit als das Basismaterial (2) ist.
12. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, der auf das Basismaterial (2) aufgebrachten Materialschicht (3), wenigstens dasselbe Material wie das Basismaterial (2) ist, wobei dieses aufgebrachte Material entlang der Transportrichtung der Ladungsträger inhomogen dotiert wurde und/oder bei dem die Dotierung durch Tempern inhomogen aktiviert wurde.
13. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Basismaterial (2) neben der wenigstens einen Materialschicht (3) wenigstens eine weitere Materialschicht (4) mit elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht ist, wobei diese Materialschicht (4) ein identisches oder unterschiedlich ausgebildetes Dickenprofil wie die Materialschicht (3) aufweist oder abweichend davon, eine eigene geometrische Anordnung und ein eigenes Dickenprofil aufweist und insbesondere kontinuierlich oder diskontinuierlich aufgebracht ist.
14. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Materialschicht (4) elektrisch leitfähige Materialien enthält, die als Elektroden dienen können, insbesondere wenigstens ein Element der Gruppe Ti, Fe, Ni, Co, Pt, Cr, Pd, W, Ag, Cu, Au, In, Silicide des Co, W, Ti, Ta und Mo, poly-Si, der Supraleiter, insbesondere AI, Nb, NbN, YBaCuO, leitfähige transparente Oxide, insbesondere Indium-Zinnoxid (ITO), RuÜ2, Ir02 und TiCfc, leitfähige Polymere, insbesondere Polyaniline, Polypyrrole, Polythiophene und Derivate von Polythio- phenen sowie Kombinationen aus Polymeren, insbesondere Poly(3,4-ethylendioxythio- phen) (PEDOT) und Poly(styrol-sulfonat) (PSS), die ausgedehnte p-Elektronensysteme in Form von konjugierten Doppelbindungen aufweisen.
15. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (2) eine halbleitende Leitfähigkeit aufweist.
16. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (2) aus wenigstens einem Material oder aus einer Mehrschichtstruktur besteht.
17. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (2) wenigstens ein Elementhalbleiter, mit wenigstens einem Element aus der IV. Hauptgruppe, insbesondere C, Si, Ge, Sn oder Legierungen und/oder Heterostrukturen daraus ist, oder ein Verbindungshalbleiter, umfassend Legierungen aus Elementen der III. Hauptgruppe, insbesondere B, AI, Ga, In und Elementen der V. Hauptgruppe, insbesondere N, P, As und/oder Heterostrukturen daraus, oder eine Legierung aus Elementen der II. Hauptgruppe, insbesondere Be, Zn, Cd und/oder Elementen der VI. Hauptgruppe, insbesondere O, S, Se, Te und/oder Heterostrukturen daraus.
18. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial (2) Materialien enthält aus der Gruppe der 2D-Materialien, insbesondere Graphen, Germanen, Silicen, schwarzer Phosphor, MOS2 und/oder aus der Gruppe der topologischen Isolatoren, insbesondere Sb2Te3, Bi2Te3, sowie deren Heterostrukturen und Legierungen, die Halbleiter mit kleiner Bandlücke sind und/oder aus der Gruppe der organischen Halbleiter, insbesondere der Polymere, in denen Derivate des Poly(p-phenylen-vinylen) als Farbstoffe verwendet werden.
19. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Steuereinheit eines Transistors ausgebildet ist.
20. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors ausgebildet ist.
21. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es über ein elektrisch leitendes Zwischenstück, das die Gatelänge definiert, an das halbleitende Gate des Feldeffekttransistors angekoppelt ist.
22. Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Sammel- oder Ableitungselektrode eines Photodetektors ausgebildet ist.
23. Verfahren zur Herstellung einer Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Basismaterial (2) wenigstens eine Materialschicht (3) aufgebracht wird, wobei diese Materialschicht (3) mit einem inhomogen ausgestalteten Dickenprofil entlang der Oberfläche des Basismaterials (2) in Transportrichtung der Ladungsträger aufgebracht wird.
24. Bauelement, insbesondere Halbleiter-Bauelement, enthaltend wenigstens eine erfindungsgemäße Bauelementstruktureinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
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