Ein solcher Feldeffekttransistor, eine solche Schaltungsanord- nung und ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransis- tors sind aus [1] bekannt.

Ein üblicher Feldeffekttransistor weist einen Source-Bereich, einen Drain-Bereich sowie einen zwischen dem Source-Bereich und dem Drain-Bereich sich befindenden Kanal-Bereich auf.

Weiterhin weist ein üblicher Feldeffekttransistor einen Gate- Bereich auf, bei dem durch Anlegen einer Spannung, das heißt eines elektrischen Potentials an den Gate-Bereich, die elekt- rische Leitfähigkeit des Kanal-Bereichs gesteuert wird derart, dass der Feldeffekttransistor entweder elektrisch sperrend o- der elektrisch leitend betreibbar ist.

Ein üblicher Feldeffekttransistor basiert auf reiner Halblei- ter-Mikroelektronik, die beispielsweise Silizium-Technologie einsetzt. Die herkömmliche Silizium-Mikroelektronik hat jedoch physikalische Grenzen insbesondere bei fortschreitender Ver- kleinerung der elektronischen Bauelemente, beispielsweise bei Verkleinerung der Dimension eines Feldeffekttransistors.

Weiterhin ist die bekannte Halbleiter-Technologie, bei der Halbleiterschichten übereinander abgeschieden werden und die einzelnen Bereiche des Feldeffekttransistors in den einzelnen Schichten durch Dotierung der jeweiligen Bereiche mit Dotie- rungsatomen gebildet werden, nicht für eine wirkliche dreidi-

mensionale Integration in einer elektrischen Schaltungsanord- nung geeignet.

Weiterhin sind aus [2] Grundlagen über sogenannte Carbon- Nanoröhren, die im weiteren als Kohlenstoff-Nanoröhren be- zeichnet werden, bekannt. Ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Nanoröhren durch Aufwachsen der Kohlenstoff- Nanoröhren auf einem Substrat ist aus [3] und [4] bekannt.

Weiterhin ist aus [5] ein Verfahren zum Herstellen eines Sili- zium-Nanodrahtes bekannt.

Ferner ist es aus [6] bekannt, eine Kohlenstoff-Nanoröhre mit Bor-Atomen und Stickstoff-Atomen zu dotierten, so dass aus ei- ner halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhre oder einer metallisch leitenden Kohlenstoff-Nanoröhre eine elektrisch isolierende Bor-Nitrid-Nanoröhre entsteht.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Feldeffekt- transistor, eine Schaltungsanordnung, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors anzugeben, das für eine dreidimensionale Integration besser geeignet ist als Feldef- fekttransistoren die ausschließlich auf der in [1] beschriebe- nen Technologie-Prinzipien beruhen.

Das Problem wird durch den Feldeffekttransistor, durch die Schaltungsanordnung, sowie durch das Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors mit den Merkmalen gemäß den unab- hängigen Patentansprüchen gelöst.

Ein Feldeffekttransistor weist einen Source-Bereich, einen Drain-Bereich und einen Gate-Bereich auf. Der Gate-Bereich ist zwischen dem Source-Bereich und dem Drain-Bereich angeordnet.

Der Gate-Bereich, der aus leitfähigem Material gebildet ist, beispielsweise aus einer leitfähigen Schicht mit Aluminium, Titan, Wolfram, Gold, Silber oder einer Legierung aus zumin- dest einem der zuvor genannten Materialien, weist mindestens

ein Durchgangsloch, welches auch als Pore bezeichnet wird, auf. Grundsätzlich ist eine beliebige Anzahl von Durchgangslö- chern in dem Gate-Bereich vorgesehen.

In dem Durchgangsloch oder in der Vielzahl von Durchgangslö- chern ist mindestens ein Nanoelement vorgesehen, welches mit dem Source-Bereich und dem Drain-Bereich des Feldeffekttran- sistors elektrisch gekoppelt ist.

Unter einem Nanoelement ist in Rahmen der Erfindung beispiels- weise eine Nanoröhre und/oder ein Nanodraht, beispielsweise eine halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhre oder ein halbleitender Silizium-Nanodraht zu verstehen.

Das Nanoelement kann jedoch auch eine Heterostruktur aufweisen mit mehreren Bereichen, vorzugsweise einem ersten metallisch leitenden Bereich, einem zweiten elektrisch leitenden Bereich und einem elektrisch isolierenden Bereich, der zwischen dem ersten metallisch leitenden und dem zweiten metallisch leiten- den Bereich angeordnet ist.

Die Bereiche können sowohl in einer einstückigen Struktur, beispielsweise einer Kohlenstoff-Nanoröhre durch Ausbilden un- terschiedlicher elektrischer Eigenschaften in unterschiedli- chen Bereichen der jeweiligen Nanoröhre oder in einem Silizi- um-Nanodraht gebildet werden.

Die Heterostruktur kann jedoch auch durch entsprechendes, mit ausreichender Genauigkeit durchgeführtes Zusammenfügen der einzelnen Bereiche als Teilelemente gebildet werden, die ins- gesamt die oben beschriebene Heterostruktur ergeben.

Durch die Erfindung wird es erstmals möglich, einen Feldef- fekttransistor einzusetzen, der für eine wirkliche dreidimen- sionale Integration innerhalb einer integrierten Schaltung im Rahmen der Mikroelektronik eingesetzt werden kann.

Ferner ist die Dimension, das heißt der Platzbedarf auf einer Chipfläche eines solchen Feldeffekttransistors gegenüber einem bekannten Feldeffekttransistor erheblich geringer, da der den Kanal-Bereich bildende Nanodraht beziehungsweise die Nanoröhre sehr klein ausgestaltet ist, das heißt einen Durchmesser auf- weist von bis zu lediglich 1 nm.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste metallisch leitende Bereich der Nanoröhre eine me- tallisch leitende Kohlenstoff-Nanoröhre ist oder ein Teil ei- ner Kohlenstoff-Nanoröhre, die in dem ersten metallisch lei- tenden Bereich metallisch leitend ist. Der zweite metallisch leitende Bereich kann ebenfalls eine metallisch leitende Koh- lenstoff-Nanoröhre sein oder ein Teilbereich der Kohlenstoff- Nanoröhre, welche auch den ersten metallisch leitenden Bereich aufweist, wobei der zweite metallisch leitende Bereich eben- falls metallisch leitend ist.

Zwischen den beiden metallisch leitenden Bereichen ist ein e- lektrisch isolierender Bereich der Nanoröhre als Bor-Nitrid- Nanoröhre ausgebildet.

Für den Fall, dass eine Kohlenstoff-Nanoröhre mit zwei metal- lisch leitenden Bereichen und einem zwischen den metallisch leitenden Bereichen sich befindenden elektrisch isolierenden Bereich vorgesehen ist, wird der jeweilige elektrisch isolie- rende Bereich gebildet durch entsprechende Dotierung des je- weiligen Bereichs mit Bor-Atomen und Stickstoff-Atomen, wie in [6] beschrieben.

Der Source-Bereich kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfin- dung ein für das Bilden, das heißt das Aufwachsen oder das Ab- scheiden aus der Gasphase katalytisch wirkendes Material ent- halten, wie in [3] und [4] beschrieben.

Das für das Bilden der Nanoröhren katalytisch wirkende Materi- al kann Nickel, Kobalt, Eisen oder eine Legierung aus zumin- dest einem der zuvor genannten Materialien enthalten.

Aufgrund dieser Ausgestaltung der Erfindung wird das Bilden einer Nanoröhre erheblich beschleunigt, wodurch das Herstellen des Feldeffekttransistors noch kostengünstiger gestaltet wird.

Das Nanoelement ist derart in dem Durchgangsloch angeordnet und ausgestaltet, dass es über den Gate-Bereich in seiner Leitfähigkeit steuerbar ist. Auf diese Weise bildet das Nanoe- lement anschaulich den Kanal-Bereich des Feldeffekttransis- tors.

Wird eine Kohlenstoff-Nanoröhre als Nanoelement eingesetzt, so weist die sich ergebende Struktur, das heißt der damit sich ergebende Feldeffekttransistor insbesondere den Vorteil auf, dass eine Kohlenstoff-Nanoröhre sehr einfach handhabbar und stabil ist, so dass die Fehleranfälligkeit eines solchen Feld- effekttransistors weiter verringert wird.

Durch Einsatz einer Heterostruktur wird anschaulich ein Feld- effekttransistor gebildet, der auf der Basis eines Tunnelprin- zips elektrischer Ladungsträger beruht, wobei das Tunneln steuerbar ist aufgrund des elektrischen Potentials, welches an den Gate-Bereich angelegt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorge- sehen, dass der Drain-Bereich Nickel, Kobalt oder eine Legie- rung aus Nickel und/oder Kobalt enthält.

Eine Schaltungsanordnung weist mindestens einen Feldeffekt- transistor der oben dargestellten Art auf.

Eine solche Schaltungsanordnung hat insbesondere den Vorteil der erhöhten, auch dreidimensional nun mehr vollständig mögli- chen Integration und mit dem damit verbundenen verringerten

Platzbedarf, das heißt einer erheblich erhöhten Integrations- dichte der Bauelemente auf einem Chip.

Bei einem Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Feldeffekttransistors wird auf einem Substrat eine Source- Schicht aufgetragen, wobei als Substrat undotiertes oder do- tiertes Silizium, Glas, Quarz oder auch Saphir eingesetzt wer- den kann.

Auf der Source-Schicht wird eine elektrisch leitende Gate- Schicht aufgetragen. In einem weiteren Schritt wird in der Ga- te-Schicht mindestens ein Durchgangsloch gebildet, vorzugswei- se mittels Trockenätzens, da bei Einsatz eines Trockenätzver- fahrens zum Bilden der Durchgangslöcher in dem Gate-Bereich insbesondere vertikale Strukturen sehr exakt ätzbar sind.

In das Durchgangsloch wird mindestens ein Nanoelement einge- bracht, welches mit der Source-Schicht elektrisch gekoppelt ist.

Das Nanoelement ist dabei derart angeordnet und ausgestaltet, dass es über den Gate-Bereich in seiner Leitfähigkeit steuer- bar ist, so dass das Nanoelement den Kanal-Bereich des Feldef- fekttransistors bildet.

Das Nanoelement wird für den Fall, dass es eine Kohlenstoff- Nanoröhre ist, beispielsweise auf einem sich auf dem Boden des Durchgangslochs befindenden Katalysator-Materials aufgewachsen oder auch abgeschieden.

Alternativ ist es vorgesehen, eine Kohlenstoff-Nanoröhre au- ßerhalb des Durchgangslochs zu bilden und anschließend mecha- nisch in dem Durchgangsloch zu platzieren beispielsweise unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops derart, dass die in das Durchgangsloch eingebrachte Kohlenstoff-Nanoröhre in elektri- schen Kontakt mit dem Boden, das heißt mit der oberen Oberflä- che der Source-Schicht kommt.

Auf der Gate-Schicht wird eine Drain-Schicht aufgebracht der- art, dass die Drain-Schicht ebenfalls mit dem Nanoelement e- lektrisch gekoppelt ist.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Na- noelement eine Länge aufweist, die größer ist als die Länge des Durchgangslochs, so dass sich das Nanoelement noch über die Oberfläche des Durchgangslochs hinaus erstreckt und sich somit bei Aufwachsen oder Abscheiden der Drain-Schicht auf der Gate-Schicht automatisch eine elektrische Kontaktierung der Drain-Schicht mit dem Nanoelement ausbildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dar- gestellt und wird im weiteren näher erläutert.

Es zeigen Figuren la bis lc einen Feldeffekttransistor gemäß einem Aus- führungsbeispiel der Erfindung zu unterschiedlichen Zeitpunkten während seines Herstellungsprozesses.

Fig. la zeigt ein Substrat, gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus Siliziumdioxid 101.

In alternativen Ausführungsformen kann anstelle des Silizium- dioxids auch Quarz oder Saphir als Substrat 101 verwendet wer- den.

Auf dem Substrat 101 wird mittels eines geeigneten CVD- Verfahrens, das heißt einem Abscheideverfahrens aus der Gas- phase oder eines Aufwachsverfahrens oder mittels Aufdampfens oder Sputterns eine Source-Schicht 102 aus Nickel aufgebracht und mittels Photolithographie strukturiert. Die Source-Schicht 102 bildet in strukturierter Form den Source-Bereich des zu bildenden Feldeffekttransistors.

Anstelle des Nickels kann für die Source-Schicht 102 als al- ternatives Material grundsätzlich jedes geeignete Metall, ins- besondere Kobalt oder Eisen verwendet werden.

Auf der die Source-Elektrode bildenden strukturierten Source- Schicht 102 sowie auf dem Substrat 101 wird in einem weiteren Schritt eine Dialuminiumtrioxid-Schicht (Al203) 103 abge- schieden.

Diese verglichen mit der Source-Schicht 102 relativ dünne Dia- luminiumtrioxid-Schicht 103 dient als Dielektrikum, mit dem die Gate-Elektrode, die durch eine im weiteren beschriebene Gate-Schicht gebildet wird, von der Source-Schicht 102 elekt- risch isoliert wird.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Source-Schicht 102 ungefähr 100 nm dick und die Dialuminiumtrioxid-Schicht 103 weist eine Schichtdicke von ungefähr 20 nm auf.

Wie in Fig. la weiterhin dargestellt ist, wird in einem weite- ren Schritt auf der Dialuminiumtrioxid-Schicht 103 eine Alumi- nium-Schicht abgeschieden und strukturiert, so dass die struk- turierte Aluminiumschicht, die im weiteren als Gate-Schicht 104 bezeichnet wird, das Gate des zu bildenden Feldeffekttran- sistors 100 darstellt.

Die Gate-Schicht 104 weist ebenfalls eine Dicke von etwa 100 nm auf und wird mittels eines geeigneten CVD-Verfahrens oder eines Sputter-Verfahrens, eines Aufdampf-Verfahrens oder eines Epitaxie-Verfahrens aufgebracht.

Anstelle des Aluminiums kann gemäß einer alternativen Ausfüh- rungsform für die Gate-Schicht 104 Titan, Wolfram, Silber oder Gold verwendet werden.

In einem weiteren Schritt (vergleiche Fig. lb) wird eine wei- tere Schicht 105 aus Dialuminiumtrioxid abgeschieden mittels

eines geeigneten CVD-Verfahrens oder eines Sputter-Verfahrens oder eines Abdampf-Verfahrens und die gebildete, grundsätzlich beliebig dicke weitere Schicht 105 wird mittels eines chemisch mechanischen Polierverfahrens (CMP-Verfahren) auf eine Dicke reduziert derart, dass die obere Oberfläche der weiteren Schicht 105 auf gleicher Höhe ist mit der oberen Oberfläche der Gate-Schicht 104.

In einem weiteren Schritt wird in der Gate-Schicht 104 mittels beispielsweise Photolithographie und selbstjustierten bekann- ten Verengungsmethoden Photolack auf der Gate-Schicht und der weiteren Schicht 105 aufgebracht und es erfolgt eine Struktu- rierung derart, dass in einem weiteren Schritt mittels Tro- ckenätzens Löcher 106 in die Gate-Schicht 105 geätzt werden.

Die auf diese Weise gebildeten Durchgangslöcher 106 weisen ei- nen Durchmesser von ungefähr 1 nm bis 10 nm auf.

Das Trockenätzverfahren wird solange durchgeführt, bis sowohl in den gebildeten Löchern 106 das Material der Gate-Schicht 104 als auch das sich jeweils darunter liegende Material der Dialuminiumtrioxid-Schicht 103 entfernt wird.

Falls die verwendete Source-Schicht 102 nicht selbst die nöti- gen katalytischen Eigenschaften aufweist, wird in die Durch- gangslöcher 106 in einem weiteren Schritt Material 107 aufge- bracht, welches hinsichtlich eines weiteren beschriebenen Auf- wachsens beziehungsweise Abscheidens von Kohlenstoff- Nanoröhren oder Silizium-Nanodrähten in dem Durchgangsloch 106 katalytisch wirkt.

Als Material 107 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel Nickel, Kobalt oder Eisen verwendet.

In einem weiteren Schritt wird, wie in Fig. lc dargestellt ist, mittels des in [3] beschriebenen Verfahrens in jedem Durch- gangsloch mindestens eine einwandige oder mehrwandige Kohlen-

stoff-Nanoröhre abgeschieden unter Einsatz des katalytisch wirkenden Metalls 107. Selbstverständlich kann auch das in [4] beschriebene Verfahren in diesem Zusammenhang eingesetzt wer- den.

Das Abscheiden erfolgt derart, dass die jeweilige Kohlenstoff- Nanoröhre über die katalytisch wirkenden Metalle 107 mit der Source-Schicht 102 elektrisch gekoppelt sind.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die aufgewachsenen Koh- lenstoff-Nanoröhren halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhren.

Die Kohlenstoff-Nanoröhren können mittels des bekannten Feld- effekts durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Gate- Bereich, das heißt an die Gate-Schicht 104 in ihrer Leitfähig- keit gesteuert werden, so dass die Kohlenstoff-Nanoröhren 108 anschaulich die Funktionalität des Kanalbereichs eines Feldef- fekttransistors aufweisen.

Alternativ zu den Kohlenstoff-Nanoröhren können in die Durch- gangslöcher 106, wie oben beschrieben, gemäß dem aus [5] be- kannten Verfahren Silizium-Nanodrähte mittels selektiver Sili- zium-Epitaxie aufgewachsen werden.

Auch Silizium-Nanodrähte können im Rahmen dieser Erfindung mittels eines sich ausbildenden Feldeffekts als Kanal-Bereich eines Feldeffekttransistors verwendet werden.

In einem weiteren Schritt wird ein Teil des Metalls der Gate- Schicht 104, insbesondere beispielsweise das Aluminium der Ga- te-Schicht 104 oxidiert, so dass sich eine dünne oxidierte Ga- te-Schicht, beispielsweise aus Dialuminiumtrioxid 109 zwischen der weiterhin aus Metall, beispielsweise aus Aluminium beste- henden Gate-Schicht und den Nanoelementen, beispielsweise den Kohlenstoff-Nanoröhren oder den Silizium-Nanodrähten ausbil- det.

In einem letzten Schritt wird auf der oxidierten Schicht 109 und der weiteren Schicht 105 eine weitere Metallschicht 110 als eine das Drain des Feldeffekttransistors bildende Drain- Schicht abgeschieden und mittels lithographischer Verfahren strukturiert.

Die Drain-Schicht 110 kann Nickel, alternativ auch Kobalt auf- weisen.

Die Kohlenstoff-Nanoröhren 108 beziehungsweise die Silizium- Nanodrähte weisen eine Länge auf derart, dass sie nach deren Abscheidung beziehungsweise deren Aufwachsens über die obere Oberfläche der oxidierten Schicht 109 hinausragen.

Auf diese Weise wird durch Abscheiden beziehungsweise Aufbrin- gen der Drain-Schicht 110 automatisch ein elektrischer Kontakt zu dem Nanoelement geschaffen, das heißt beispielsweise zu der Kohlenstoff-Nanoröhre 108 oder zu dem Silizium-Nanodraht.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert : [1] R. Müller, Bauelemente der Halbleiter-Elektronik, Sprin- gerverlag, ISBN 3-540-06224-6, Seite 130-157,1973 [2] C. Dekker, Carbon-Nanotubes as Molecular Quantum Wires, Physics Today, S. 22-28, Mai 1999 [3] Jung Sang Suh und Jin Seung Lee, Highly-Ordered Two- Dimensional Carbon-Nanotube Arrays, Applied Physics Let- ters, Volume 75, Nr. 14, S. 2047-2049, Oktober 1999 [4] Z. F. Ren et al, Synthesis of Large Arrays of Well- Aligned Carbon Nanotubes on Glass, SCIENCE, Volume 282.

S. 1105-1107, November 1998 [5] N. Wang et al, Si nanowires grown from silicon oxide, Chemical Physics Letters, Vol. 299, S. 237-242,1999 [6] D. Goldberg et al, Fine structure of boron nitride nano- tubes produced from carbon nanotubes by a substitution reaction, Journal of Applied Physics, Vol. 86, S. 2364- 2366,1999