Project: QUANtum-electronic dual-channel transistor for low-power circuits of the future – Quantz –
Previous methods for increasing computing power and reducing energy consumption have been based on the principle of technological scaling, known as “Moore’s Law.” In this approach, computing power is increased and energy consumption is reduced by scaling the physical dimensions and operating voltage. In the planned project QUANTZ, the smallest and most fundamental element of microelectronics, the transistor is being reimagined to enable energy-efficient circuits for the future. The project investigates a novel transistor approach based on resonant tunneling between two closely spaced conductive layers. This purely quantum mechanical tunneling effect, through its resonant behavior, enables extremely efficient control of charge transport between the two conductive layers through a very thin, separating insulating layer. This allows for the definition of a novel device, the two-channel transistor, with which extremely energy-efficient circuits can be realized in silicon technology.
The project aims to experimentally investigate and model the underlying physics of the two-channel transistor at room temperature. The goal is to develop a quantum nanoelectronic two-channel transistor demonstrator to verify its application potential and prepare for its transfer to semiconductor manufacturing.
The project is co-financed by the European Union and from tax revenues on the basis of the budget adopted by the Saxon State Parliament.
Vorhaben: QUANtenelektronischer Zweikanal-Transistor für stromsparende Schaltkreise der Zukunft – Quantz –
Bisherige Methoden zur Erhöhung der Rechenleistung und zu Einsparungen im Energieverbrauch beruhen auf dem Prinzip der Technologieskalierung, die man unter dem Begriff “Moore’sches Gesetz” kennt. Dabei werden Rechenleistung und Energieverbrauch durch Skalierung der physikalischen Abmessungen und der Betriebsspannung erhöht bzw. reduziert. Im geplanten Projekt QUANTZ wird das kleinste und grundlegende Element, der Transistor, neu gedacht, um damit stromsparende Schaltkreise für die Zukunft zu ermöglichen. Untersucht wird ein neuartiger Transistoransatz basierend auf dem resonanten Tunneln zwischen zwei eng verorteten leitfähigen Schichten. Dieser rein quantenmechanische Tunneleffekt ermöglicht durch sein Resonanzverhalten eine extrem effiziente Steuerung des Ladungstransports zwischen den beiden leitfähigen Schichten hindurch, durch eine sehr dünne, trennende Isolatorschicht. Dies ermöglicht die Definition eines neuartigen Bauelements, des Zweikanaltransistors, mit dem sich extrem stromsparende Schaltkreise in Siliziumtechnologie realisieren lassen.
Im Projekt soll der zugrundeliegende Effekt des Zweikanaltransistors bei Raumtemperatur experimentell untersucht und modelliert werden. Ziel ist der Aufbau eines quantennanoelektronischen Zweikanal-Transistor-Demonstrators zur Verifikation des Anwendungspotentials und zur Vorbereitung eines Transfers in eine Halbleiterfertigung.
Diese Arbeiten werden mitfinanziert durch die Europäische Union und durch Steuermittel auf der Grundlage des vom Sächsischen Landtages beschlossenen Haushaltes. Europa fördert Sachsen.
