Briten entwickeln Ein-Elektron-Transistor aus Graphen

Zweidimensionaler Kohlenstoff als neuer Halbleiter

Ein neuartiges Material soll nach Meinung von britischen Wissenschaftlern die Nachfolge von Silizium als Halbleiter antreten. Die so genannten Graphen sind nahezu zweidimensionale Molekular-Gitter mit nur einer Atomschicht. Sie konnten nun erstmals als Transistor verwendet werden, der seine Ladung mit nur einem Elektron speichert.

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Erst vor drei Jahren hatten die Forscher an der Universität von Manchester die ersten Graphen hergesellt. Dabei handelt es sich um Kohlenstoff-Verbindungen, die ein stabiles, zweidimensionales Gitter bilden, das nur die Dicke eines Atoms aufweist. In Anlehnung an das bekannte "Graphit" nannten die Wissenschaftler die Verbindung "Graphen" - oder im Englischen "Graphene".

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Da Kohlenstoff ein exzellenter Leiter ist, war Graphen von Anfang an für den Bau von Nano-Elektronik interessant. Transistoren ließen sich daraus jedoch kaum bauen, da ein einzelnes in der Verbindung gefangenes Elektron seine Position viel zu schnell verließ - vergleichbar den Leckströmen bei Silizium-Transistoren. Ein Team um Professor Andre Geim in Manchester will dieses Problem nun gelöst haben: Das Graphen wurde in Streifen von einigen Nanometern Breite geschnitten. Daraus bauten sie Transistoren, die ihren Schaltzustand längere Zeit halten konnten, wie lange genau, gaben die Forscher noch nicht an. Die Schaltungen sollen jedoch bei Raumtemperatur zuverlässig gearbeitet haben.

Das Problem bei der Herstellung von komplexen Schaltungen aus Graphen ist, dass noch kein mechanisches oder chemisches Verfahren existiert, mit dem sich wenige Atome große Strukturen exakt konstruieren lassen. Professor Geims Team war beim Zerschneiden der Graphen-Ebenen in Streifen auf Versuch und Irrtum angewiesen: Manche Konstruktionen funktionierten, andere nicht.

Die Wissenschaftler rechnen auch frühestens für das Jahr 2025 mit den ersten Nano-Computern auf Kohlenstoffbasis. Bis dahin soll Silizium die Technik weiter dominieren - das deckt sich mit der Einschätzung von Intel-Mitbegründer Gordon Moore, der erstmals den Trend zur Verkleinerung bei Silizium-Halbleitern erkannte. Sein "Moore's Law" soll noch 20 Jahre gültig bleiben.

Der Schritt hin zu kleineren Strukturen ist jedoch unabwendbar, um noch mehr Funktionen integrieren zu können - schon heute sind einige der Strukturen eines kommerziellen Silizium-Transistors nur noch wenige Atomlagen dick. Graphen sind bei einer zehnmal kleineren Struktur als Silizium aber bereits stabil.

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