Wundermaterial: Neue Transistor-Struktur für Graphen-Chips

Samsung hat eine neue Transistor-Struktur auf Basis von Graphen entwickelt, mit der sich die Grenzen herkömmlicher Silizium-Chips überwinden lassen sollen. Samsung spricht von einem "Wundermaterial".

Artikel veröffentlicht am 18. Mai 2012, 11:47 Uhr, Jens Ihlenfeld

Die ideale kristalline Struktur von Graphen ist ein sechseckiges Gitternetz. (Bild: AlexanderAlUS / Wikipedia)

Aktuelle Chips bestehen aus Milliarden von Silizium-Transistoren. Um die Leistung solcher Chips zu erhöhen, gibt es vor allem zwei Optionen: Die Größe der einzelnen Transistoren wird verkleinert, um die Wege, die Elektronen in den Chips zurücklegen, zu verkürzen, oder ein Material mit höherer Elektronenmobilität wird verwendet, in dem sich die Elektronen schneller bewegen können. In den vergangenen 40 Jahren hat sich die Industrie darauf konzentriert, die Strukturgrößen von Chips zu verkleinern, doch dieser Ansatz stößt langsam an seine physikalischen Grenzen.

Das aus Kohlenstoffatomen bestehende Material Graphen gilt als möglicher Kandidat für die zweite Option, ist die Elektronenmobilität von Graphen doch rund 200-mal größer als die von Silizium. Aber anders als herkömmliche Halbleitermaterialien lässt sich der Ladungsfluss des halbmetallischen Materials Graphen nicht abschalten. Das aber ist notwendig, um Transistoren damit zu bauen.

Ein möglicher Ausweg besteht darin, Graphen zu einem Halbleiter umzuwandeln, das aber habe den Nachteil, dass die Elektronenmobilität deutlich reduziert werde, erklärt Samsung. Am Samsung Advanced Institute of Technology wurde daher das Prinzip elektronischer Schalter überdacht und ein System entwickelt, mit dem sich der Ladungsfluss in Graphen ein- und ausschalten lässt, ohne dabei die Elektronenmobilität zu reduzieren. Dabei kommt eine sogenannte Schottky-Barriere aus Graphen und Silizium zum Einsatz, bei der sich der Ladungsfluss durch Änderung der Höhe der Barriere ein- und ausschalten lässt. Das Ganze nennt Samsung "Barristor" und spricht von einem "Wundermaterial".

Samsung hat auf Basis dieser Technik erste, grundlegende logische Schaltungselemente umgesetzt.