Halbleiter: Funktransistoren aus Graphen für biegsame Geräte

Ein Team von texanischen Wissenschaftlern hat ein neues Verfahren für die Erzeugung von Schaltungen auf Basis von Graphen entwickelt. Die Transistoren schalten so schnell, dass sie sich für den Bau von Funkmodulen eignen. Auch die Art der Konstruktion ist seriennah.

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Modell des biegsamen Chips aus Graphen
Modell des biegsamen Chips aus Graphen (Bild: UT Austin)

An der Universität von Texas in Austin (UT) haben Forscher auf Graphen basierende Transistoren gebaut, die mit bis zu 25 GHz schalten. Im Vergleich zu früheren Experimenten mit dem Kohlenstoffmaterial ist das 2,5-mal schneller, der Bau von Funkmodulen für Frequenzen um 2,4 GHz erscheint so möglich. Für die Bearbeitung von Signalen in diesem Frequenzbereich müssen Transistoren eine rund zehnmal höhere Schaltgeschwindigkeit erreichen.

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Bei ihren Experimenten konzentrierten sich die Wissenschaftler auch darauf, den Halbleiter von Anfang an auf Biegsamkeit auszulegen. Bis zu einem Radius von 0,7 Millimetern soll sich das neue Material zusammenrollen lassen - Dejin Akinwande von der UT sagte Technology Review: "Ich denke, dass wir uns nun flexible Smartphones, Tablets und andere Kommunikationsgeräte realistisch vorstellen können".

"Graphen last" und High-k-Dielektrikum

Um das zu erreichen, haben die Forscher den traditionellen Ablauf beim Bau eines Halbleiters umgekehrt: Zuerst konstruierten sie auf einer Kunststofffolie die Schaltelemente und getrennt davon auf einem Metallträger die Graphenstrukturen. Letztere wurden dann vom Trägermaterial abgelöst und auf die Schaltung aufgesetzt. Die Wissenschaftler nennen dieses Verfahren "graphen last", und auch der Begriff erinnert nicht nur zufällig an aktuelle Methoden der Halbleiterfertigung in Großserie.

Bereits 2007 stellte Intel seine High-k-Metal-Gates vor, bei denen anders als zuvor das Gate des Transistors zuletzt gebaut wird. Das Verfahren ist daher auch als "gate last" bekannt und wird seitdem von vielen anderen Chipherstellern eingesetzt. Die dabei genutzten High-k-Dielektrika wiederum setzen auch die Forscher aus Texas für ihre Konstruktion ein.

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Damit scheint nun nicht nur die Schaltgeschwindigkeit der Graphen-Chips praktisch anwendbare Werte erreicht zu haben, sondern auch ein Verfahren zur Serienherstellung könnte gefunden sein. Beides waren bisher Faktoren, die den Durchbruch des Graphens als Nachfolger des Siliziums verhinderten. Das Material selbst, das bei einer Dicke von nur einer Atomlage stabil ist, gilt als so vielversprechend, dass seinen Entdeckern 2010 dafür der Physiknobelpreis verliehen wurde.

Die texanischen Wissenschaftler haben ihre Arbeit bei ACS Nano veröffentlicht.

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