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. Systemadministrator - Linux (m/w/d)
    etailer Solutions GmbH, Olpe
  2. Test Automatisierer (m/w/d) IT
    M-net Telekommunikations GmbH, München
Detailsuche

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.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
Erste stabile p-Typ-Halbleiter wurden erzeugt 
  1. 1
  2. 2
  3.  


Aktuell auf der Startseite von Golem.de
New World im Test
Amazon liefert ordentlich Abenteuer

Konkurrenz für World of Warcraft und Final Fantasy 14: Amazon Games macht mit dem PC-MMORPG New World momentan vor allem Sammler glücklich.
Von Peter Steinlechner

New World im Test: Amazon liefert ordentlich Abenteuer
Artikel
  1. Nasa: Sonde Lucy erfolgreich zu Jupiter-Asteroiden gestartet
    Nasa
    Sonde Lucy erfolgreich zu Jupiter-Asteroiden gestartet

    Erstmals sollen Asteroiden in der Umlaufbahn des Jupiter untersucht werden. Der Start der Raumsonde Lucy ist laut Nasa geglückt.

  2. Pornoplattform: Journalisten wollen Xhamster-Eigentümer gefunden haben
    Pornoplattform
    Journalisten wollen Xhamster-Eigentümer gefunden haben

    Xhamster ist und bleibt Heimat für zahlreiche rechtswidrige Inhalte. Doch ohne zu wissen, wer profitiert, wusste man bisher auch nicht, wer verantwortlich ist.

  3. Whatsapp: Vater bekommt wegen eines Nacktfotos Ärger mit Polizei
    Whatsapp
    Vater bekommt wegen eines Nacktfotos Ärger mit Polizei

    Ein Vater nutzte ein 15 Jahre altes Nacktfoto seines Sohnes als Statusfoto bei Whatsapp. Nun läuft ein Kinderpornografie-Verfahren.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Cyber Week: Bis zu 40€ Rabatt auf Samsung-SSDs • ADATA XPG Spectrix D55 16-GB-Kit 3200 56,61€ • Crucial P5 Plus 1 TB 129,99€ • Kingston NV1 500 GB 35,99€ • Creative Sound BlasterX G5 89,99€ • Alternate (u. a. AKRacing Core SX 248,99€) • Gamesplanet Anniv. Sale Classic & Retro [Werbung]
    •  /