Mikroelektronik

Ein Großrechner bei der Erprobung: Die Beherrschung der Komplexität - vom Beginn des Entwurfs bis zur Abnahme durch die Qualitätssicherung ist eine entscheidende Voraussetzung für Funktion und Qualität elektronischer Systeme.

Noch kleinere Abmessungen und immer höhere Geschwindigkeiten kennzeichnen die Entwicklungstendenzen der Mikroelektronik.

In der Kommunikations- und Datentechnik, in der Prozeß- und Regelungstechnik und sogar in der Unterhaltungselektronik werden Schaltkreise benötigt mit typischen »Gatterlaufzeiten« von weniger als 100 Picosekunden - in dieser Zeit schafft das Licht ganze 3 Zentimeter.

Aus dem 64-Kilobit-Speicher wurde in weniger als 10 Jahren der 4-Megabit-Speicher. Der Text von 250 Schreibmaschinenseiten läßt sich in einem solchen Chip auf einer Fläche von weniger als einem Quadratzentimeter unterbringen. In aller Welt arbeiten die Entwickler inzwischen schon intensiv am 16-Megabit-Speicher.

Mit steigender Integrationsdichte können immer mehr Funktionen auf einem einzigen Chip konzentriert werden. Durch die Komplexität der Schaltungen wachsen die Probleme beim Entwerfen, Fertigen und Prüfen.

Technologien für schnelle

Schaltungen

Bipolartechnik

Bei der klassischen Bipolar-Technik nutzt man die physikalischen Effekte an den Grenzflächen von p- und n-leitendem Silizium. Geringe Veränderungen eines niedrigen Steuerstroms führen zu großen Änderungen des Kollektorstroms: Der Transistor kann als Verstärker oder als Schalter arbeiten.

Um hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erzielen, müssen die parasitären Anteile auf einem Chip (Bahnwiderstände und Kapazitäten) und die Abmessungen der Transistoren (Emitter-Eindringtiefe und Basisweite) verringert werden. Mit einer selbstjustierenden Nitrid-Seitenwand-Maskierung haben wir eine neue Oxid-Isolation entwickelt, die neben einer nahezu ideal planaren Oberfläche auch eine deutliche Reduzierung der horizontalen Abmessungen ermöglicht.

Die kritischen vertikalen Dimensionen lassen sich verkleinern durch Kurzzeittemperung mit einer optischen Energiequelle (Rapid Optical Annealing) anstelle der konventionellen Ofentemperung. Wir haben damit Emittertiefen von weniger als 50 Nanometern und Basisweiten unter 120 Nanometern bei wesentlich höheren elektrischen Aktivierungsraten erzielt.

Gatterlaufzeiten von 40 Picosekunden sind das bisherige Ergebnis solcher Maßnahmen. Mit einem statischen 16:1 -Frequenzteiler als Testschaltung haben wir Arbeitsfrequenzen von 15 GHz erreicht. Ein Wortgenerator aus D-Flip-Flops, Multiplexern und Frequenzteilern arbeitet mit einer Datenrate von 5 Gigabit/s; durch einen nachgeschalteten 2: 1 -Multiplexer haben wir die Datenrate auf 10 Gigabit/s verdoppelt.

15-GHz-Frequenzteiler

Eingangssignal (oben): 15 GHz

Ausgangssignal (unten):

938 MHz.