Abo
  • Services:

Zukunftstechnologie: Richtig flache Chips ohne Silizium

Können Computerchips bald aus einzelnen Atomlagen hergestellt werden? Neue Materialien und Techniken machen es zumindest möglich - wann es so weit ist, kann aber noch niemand sagen.

Artikel von veröffentlicht am
Einzelne Lagen von Atomen bei Graphen
Einzelne Lagen von Atomen bei Graphen (Bild: Wikimedia/CC-BY-SA 3.0)

Bei der Entwicklung von schnelleren und effizienteren Computerchips kommen Siliziumhalbleiter inzwischen an ihre Grenzen. Um sie weiter zu verbessern, müssen die Strukturen nicht nur immer weiter verkleinert werden, sondern auch dünner werden. Im Idealfall bestehen Transistoren und andere Bauteile bald nur noch aus einzelnen Lagen von Atomen. Schritt für Schritt kommen derzeit im Labor einzelne Techniken zusammen, die genau das möglich machen.

Inhalt:
  1. Zukunftstechnologie: Richtig flache Chips ohne Silizium
  2. Erste stabile p-Typ-Halbleiter wurden erzeugt

Die erste große Hürde ist, das passende Material für Halbleiterelemente zu finden. Graphen erschien lange Zeit als große Hoffnung für solche Bauteile. Einzelne Lagen aus Kohlenstoffatomen konnten von Graphit abgelöst werden und wurden so zum ersten "zweidimensionalen" Material. Aber Graphen hat keine natürliche Bandlücke. Wie in einem Metall stehen die Elektronen sofort als freie Ladungsträger zur Verfügung, ohne erst durch zusätzliche Energie in das Leitungsband befördert worden zu sein. Diese Hürde ist aber das Arbeitsprinzip jedes Transistors.

Ohne weitere Maßnahmen ist Graphen deswegen nicht als Halbleiter geeignet und damit auch nicht als Grundlage für neue Computerchips. Um trotzdem noch einen so flachen Halbleiter zu bekommen, braucht es entweder ein besseres Halbleitermaterial oder Tricks, mit denen Graphen doch noch die nötige Bandlücke bekommt. In den vergangenen Jahren haben Materialforscher beides versucht - und sind auf beiden Wegen fündig geworden.

Im vergangenen Jahr gelang es französischen und amerikanischen Forschern, Graphen mit einer Bandlücke von 0,5 Elektronenvolt zu erzeugen. Das ist zwar weniger als die Hälfte des Werts von Silizium, sollte aber für elektronische Anwendungen ausreichen. Dazu erhitzten sie Siliziumcarbid auf 1360 Grad, woraufhin sich die oberste Schicht des Materials zersetzte und Graphen zurückließ. Die Interaktion zwischen dem Graphen und dem Siliziumcarbid führte dann zu der Bandlücke.

Weg vom Graphen

Stellenmarkt
  1. Lufthansa Industry Solutions TS GmbH, Oldenburg
  2. Sparkasse Herford, Herford

Das ist reine Grundlagenforschung und führt allein noch nicht zu einem brauchbaren Transistor. Ein Halbleiter muss nicht nur eine Bandlücke aufweisen, sondern auch zuverlässig und mit möglichst wenigen ungewollten Störstellen hergestellt werden. Anschließend muss der Halbleiter dotiert werden. Einzelne Atome werden als Störstellen eingefügt, die Ladungsträger bereitstellen (n-Typ) oder Fehlstellen erzeugen (p-Typ).

Hier sind andere Materialien viel weiter. Graphen ist nicht mehr das einzige zweidimensionale Material. Inzwischen wurden auch echte Halbleiter gefunden, die in einzelnen Lagen hergestellt werden können. Stoffe wie Molybdän oder Wolfram können zusammen mit Schwefel oder Selen echte Halbleiter bilden. Molybdänsulfid hat beispielsweise eine natürliche Bandlücke von 1,8 Elektronenvolt und ist damit als Halbleiter gut geeignet.

Schon 2014 wurden Feldeffekt-Transistoren aus dünnen Schichten von Molybdänsulfid hergestellt. Allerdings kann aus dem Stoff nur ein n-Typ-Halbleiter gefertigt werden, genauso wie aus ähnlichen Stoffen, die bis dahin bekannt waren. Für CMOS-Chips, die nur bei Schaltvorgängen Strom verbrauchen, werden allerdings beide Typen gebraucht, n-Typ und p-Typ.

Erste stabile p-Typ-Halbleiter wurden erzeugt 
  1. 1
  2. 2
  3.  


Anzeige
Spiele-Angebote
  1. 21,99€
  2. 24,99€
  3. 17,49€

Proctrap 20. Feb 2016

Exact. GPU's kannst du verwenden um massig parallele Jobs auszuführen. Aber versuch mal...

m9898 20. Feb 2016

Oh nein, bitte nicht schon wieder die Story... Graphitstaub und Elektronik vertragen...


Folgen Sie uns
       


PUBG für Smartphones - Test

Wir testen PUBG für Smartphones - eine sehr gute Umsetzung der ursprünglichen Version für PC und Konsole.

PUBG für Smartphones - Test Video aufrufen
Datenschutz: Der Nutzer ist willig, doch die AGB sind schwach
Datenschutz
Der Nutzer ist willig, doch die AGB sind schwach

Verbraucher verstehen die Texte oft nicht wirklich, in denen Unternehmen erklären, wie ihre Daten verarbeitet werden. Datenschutzexperten und -forscher suchen daher nach praktikablen Lösungen.
Ein Bericht von Christiane Schulzki-Haddouti

  1. Denial of Service Facebook löscht Cybercrime-Gruppen mit 300.000 Mitgliedern
  2. Vor Anhörungen Zuckerberg nimmt alle Schuld auf sich
  3. Facebook Verschärfte Regeln für Politwerbung und beliebte Seiten

Far Cry 5 im Test: Schöne Welt voller Spinner
Far Cry 5 im Test
Schöne Welt voller Spinner

Der Messias von Montana trägt Pornobrille und hat eine Privatarmee - aber nicht mit uns gerechnet: In Far Cry 5 kämpfen wir auf Bergwiesen und in Bauernhöfen gegen seine Anhänger. Das macht dank einiger Serienänderungen zwar Spaß, dennoch verschenkt das Actionspiel von Ubisoft viel Potenzial.
Von Peter Steinlechner

  1. Far Cry 5 Offenbar Denuvo 5 und zwei weitere Schutzsysteme geknackt
  2. Ubisoft Far Cry 5 schafft Serienrekord und Spieler werfen Schaufeln
  3. Ubisoft Far Cry 5 erlaubt Kartenbau mit Fremdinhalten

Razer Nommo Chroma im Test: Blinkt viel, klingt weniger
Razer Nommo Chroma im Test
Blinkt viel, klingt weniger

Wenn die Razer Nommo Chroma eines sind, dann auffällig. Dafür sorgen die ungewöhnliche Form und die LED-Ringe, die sich beliebig konfigurieren lassen. Die Lautsprecher sind aber eher ein Hingucker als ein Hinhörer.
Ein Test von Oliver Nickel

  1. Razer Kiyo und Seiren X im Test Nicht professionell, aber schnell im Einsatz
  2. Stereolautsprecher Razer Nommo "Sind das Haartrockner?"
  3. Nextbit Cloud-Speicher für Robin-Smartphone wird abgeschaltet

    •  /