IBM Chip mit 10.000 Transistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhren

IBM-Forscher haben einen Chip mit mehr als 10.000 Transistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes) mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt. Chips aus Kohlenstoff-Nanoröhren sollen kleiner, schneller und leistungsfähiger sein als herkömmliche Chips.

Da die Physik der weiteren Miniaturisierung von herkömmlichen Siliziumchips Grenzen setzt, könnten künftige Chipgenerationen auf Kohlenstoff-Nanoröhren basieren. Sie sollen kleine Strukturen und somit mehr Rechenleistung bei geringerer Leistungsaufnahme bieten. Doch noch lassen sich solche Chips nicht herstellen, aber Forschern von IBM ist ein wichtiger Schritt hin zur kommerziellen Fertigung von Chips auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren gelungen.

Sie konnten mit herkömmlichen Fertigungsmethoden einen Chip bauen und testen, der auf den mehr als 10.000 funktionierenden Transistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhren arbeitet. Der Ansatz soll es ermöglichen, Halbleiter mit einer großen Zahl an Transistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhren herzustellen, die an vorher festgelegten Positionen auf dem Chip sitzen. Bislang war es Forschern nur gelungen, mehrere hundert Kohlenstoff-Nanoröhren auf einmal zu platzieren. Um aber kommerziell nutzbare Chips zu bauen, bedarf es laut IBM aber der präzisen Anordnung von mehreren Milliarden Transistoren.

IBM-Forscher Hongsik Park mit unterschiedlichen Lösungen mit Kohlenstoff-Nanoröhren

Da sich Kohlenstoff-Nanoröhren sowohl metallisch als auch halbleitend verhalten können, besteht die große Herausforderung darin, sie exakt auf einer Wafer-Oberfläche zu platzieren, um elektrische Schaltkreise herzustellen. Für Computerchips sind praktisch nur Kohlenstoff-Nanoröhren mit Halbleiter-Eigenschaften nutzbar, so dass die übrigen praktisch komplett entfernt werden müssen, um Fehler in den Schaltkreisen zu verhindern. Für große Schaltungen ist es zudem notwendig, die Ausrichtung und den Ort der Kohlenstoff-Nanoröhren auf dem Substrat zu kontrollieren.

Um das zu erreichen, haben die IBM-Forscher eine neue Methode auf Basis eines Ionen-Austauschs entwickelt, mit dem sich die Kohlenstoff-Nanoröhren in hoher Dichte präzise platzieren und ausrichten lassen. So sollen sich letztendlich mehrere Milliarden individuelle Kohlenstoff-Nanoröhren pro Quadratzentimeter kontrolliert unterbringen lassen. Dabei kommen herkömmliche Chemikalien und existierende Prozesse zur Halbleiterfertigung zum Einsatz, so dass die Industrie nun mit Kohlenstoff-Nanoröhren in größerer Zahl experimentieren kann.