Die Wissenschaftlichen Mitarbeiter Anita Farokhnejad und Fabian Horst testen integrierte Schaltungen am Wafer Prober. Mit Simulationsverfahren für die Entwicklung energieeffizienter Schaltkreise für die Mobilkommunikation befasst sich ein Projekt an der Technischen Hochschule Mittelhessen in Gießen. Dessen Leiter Prof. Dr. Alexander Klös vom Kompetenzzentrum für Nanotechnik und Photonik kooperiert dabei mit dem Forschungszentrum Jülich und der Firma Admos Advanced Modeling Solutions in Frickenhausen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit 360.000 Euro.

Aus dem technischen Fortschritt bei der Mobilkommunikation resultieren Endgeräte mit stetig steigender Leistungsfähigkeit. Die hierfür nötige fortschreitende Miniaturisierung der elektronischen Bauteile lässt den Energiebedarf ab einer bestimmten Stufe exponentiell steigen. Ein Hauptziel der Entwicklung neuer Schaltkreise ist deshalb die Minimierung des Stromverbrauchs. Mit herkömmlichen Transistoren ist das nicht mehr möglich. Ein Bauelement, mit dem Fachleute hohe Erwartungen verknüpfen, ist der Tunnel-Feldeffekttransistor (TFET). Er arbeitet nach einem anderen Schaltprinzip, das auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt basiert.

Die Forschung über den Einsatz von TFETs steht noch am Anfang. „Komplexe mikroelektronische Systeme erfordern im Entwurfsprozess umfangreiche Simulationen. Hierbei kommen sogenannte Kompaktmodelle zum Einsatz, die in Netzwerksimulatoren eine Analyse auch komplexer Schaltungen in vertretbarer Rechenzeit ermöglichen“, so Klös. Dabei geht es unter anderem darum, „die Brücke zu schlagen zwischen besonderen physikalischen Effekten in Schaltelementen, die nur wenige Nanometer groß sind, hin zu einem Gesamtsystem aus mehreren Milliarden Transistoren“.

Im Forschungsprojekt der Arbeitsgruppe Nanoelektronik/Bauelementmodellierung an der THM soll ein Modell zur Beschreibung von TFETs entwickelt werden, mit dem deren Leistungsfähigkeit beurteilt werden kann. Nach einer Evaluation mithilfe spezieller Software und Messungen an Teststrukturen soll es als Hilfsmittel für das Design neuer Schaltkreise für die Mobilkommunikation dienen.

Das Forschungsvorhaben hat eine Laufzeit von vier Jahren und wird im Rahmen des Programms „IngenieurNachwuchs“ gefördert. Ziel dieser Förderlinie des BMBF ist es, junge Forschergruppen an Fachhochschulen zu etablieren. Im Rahmen des Projekts werden Anita Farokhnejad und Fabian Horstan der Universität Rovira i Virgili im spanischen Tarragona promovieren.