Airgap: Schnellere Chips im luftleeren Raum

Neues Verfahren für 15 Prozent Stromersparnis serienreif. Ein neues Herstellungsverfahren der Nano-Technologie soll bei IBM künftig für schnellere und sparsamere Prozessoren sorgen. Die Forscher haben dafür selbstordnende Materialien entdeckt, die in der herkömmlichen Halbleiter-Herstellung zwischen den Leiterbahnen eines Chips ein Vakuum bilden können, das eine Reihe der Probleme moderner Schaltungen mildert.

3. Mai 2007 um 12:16 Uhr / Nico Ernst

Ein Vakuum ist der ideale Isolator für thermische und elektrische Probleme. Die immer feineren Strukturen moderner Chips, die derzeit Strukturbreiten von bis zu 45 Nanometern erreichen, leiden unter anderem am Übersprechen bei parallel laufenden Leitungen: Fließt auf einer Verbindung Strom, kann bei einer daneben liegenden eine Spannung induziert werden. Zudem erhitzen sich die Leiterbahnen bei hohen Frequenzen gegenseitig – und durch die dünneren Verbindungen braucht man verhältnismäßig hohe Spannungen, um die Elektronen noch durch die Metalle zu treiben, da die Reibung stetig zunimmt.

Airgap – Animation (00:41)

Um jede einzelne Verbindung herum ein Vakuum zu erzeugen, galt bisher jedoch als sehr aufwendig. Forscher von IBM haben sich dafür nun den in der Natur als "Selbstordnung" bekannten Effekt zunutze gemacht, der beispielsweise für die regelmäßigen Strukturen eines Eiskristalls sorgt. Eine Mischung nicht genannter Materialien wird dafür auf einen kompletten Wafer aufgetragen, durch Einwirkung von Hitze ordnen sich Materialien dann in Form von regelmäßigen Löchern um die Verbindungen an. Diese Löcher haben einen Durchmesser von nur 20 Nanometern, sind also deutlich kleiner, als sie sich durch bisherige lithographische Verfahren herstellen ließen.

Durch ein anschließendes Ätzen unter Vakuum lassen sich die Füllmaterialien eines Glassubstrats entfernen, so dass die isolierenden Vakuum-Strukturen geformt sind. Dieses Verfahren ist in der Halbleiterforschung bereits als "Airgap" bekannt, auch wenn dieser Begriff eigentlich falsch gewählt ist: Nicht Luft, sondern ein Vakuum dient als Isolator.

Airgap – Interview (00:38)

IBM hat nach eigenen Angaben die Methode soweit entwickelt, dass sie sich bereits in einer Halbleiterfabrik einsetzen lässt. Das Füllen von Strukturen mit einem Substrat, die Behandlung mit Hitze wie auch das Ätzen sind gängige Methoden der Halbleiterfertigung. Bereits im Jahr 2009 soll die Airgap-Technik bei IBMs Power-Prozessoren in Serie gehen. Der Chiphersteller verspricht sich davon eine Reduktion der nötigen Spannungen um 15 Prozent. Zudem sollen auch die Flussgeschwindigkeiten der Signale um 35 Prozent zunehmen. Erst Power-Prozessoren mit der Airgap-Technik hat IBM bereits in Kleinserien hergestellt, nicht nur im Labor.