Halbleiter: IBM schaltet mit Nanolitern

Wissenschaftler von IBM schlagen für künftige Prozessoren und Speicherbausteine geladene Flüssigkeiten als Ladungsträger vor. Das soll Geräte unter anderem viel sparsamer machen als bisher und den herkömmlichen Transistor ersetzen.

22. März 2013 um 11:28 Uhr / Nico Ernst

Der Tropfen oben wird mit Golddrähten verbunden. Bild: IBM

Mittels einer Kombination aus Metalloxiden und Flüssigkeiten wollen Forscher von IBM die bisherige Bauform von Transistoren ersetzen. Denn selbst wenn sich auf dem bisher größten Chip GK110 von Nvidia über sieben Milliarden der kleinen Schalter unterbringen lassen – das Funktionsprinzip hat sich seit der praktischen Erforschung der Transistoren in den 1940er Jahren kaum verändert.

Im Endeffekt geht es immer darum, einen Schalter zu betätigen. Bleibt diese Verbindung auch ohne Spannung bestehen, wie es beispielsweise bei Flash-Speichern der Fall ist, kann der Zustand des Schalters auch zum dauerhaften Speichern von Informationen genutzt werden.

Bei Lebewesen, beispielsweise beim Menschen in dessen Gehirn, erledigen den Transport der Information vor allem Elektrolyte mit bestimmten Ionenzuständen. Das will IBMs Forschungsabteilung nun auch mit Mikroelektronik erreichen.

Dazu wird eine Flüssigkeit verwendet, die mit Ionen versetzt ist. Das Material ist in seinem ursprünglichen Zustand nichtleitend und kann sich so zwischen den beiden Gates eines Transistors befinden, der Schalter ist damit aus. Wenn eine Spannung an die Flüssigkeit angelegt wird, findet ein Ionenfluss statt. Aus dem Nichtleiter des Metalloxids ist dann ein Leiter geworden. Das bleibt auch ohne Strom so, so dass dich die Technik auch als Ersatz für Flash-Speicher eignen soll.

Schon bei den bisherigen Experimenten im Labor konnte IBM dabei Strukturbreiten erreichen, die modernen Halbleitern nahekommen. So soll ein Tropfen der Ionenflüssigkeit von nur 100 Nanolitern ausreichen. Der Webseite Venture Beat sagte IBM, dass die Flüssigkeitsschalter auch als Weg dienen könnten, um Moore's Law länger Gültigkeit zu verleihen.

Diese Voraussage des Intel-Mitbegründers, nach der sich die Zahl der Transistoren auf gleicher Fläche alle zwei Jahre verdoppeln lässt, wird in den letzten Jahren immer wieder angezweifelt. Bisher kamen die Chiphersteller wie mit den inzwischen verbreiteten Finfets immer wieder auf neue Ideen, aber Silizium und Metalle als Material für die Transistoren wurde nicht ersetzt.