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. Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart, Esslingen
  2. eco Verband der Internetwirtschaft e.V., Köln

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
Blu-ray-Angebote
  1. 5€ inkl. FSK-18-Versand
  2. (u. a. ES Blu-ray 10,83€, Die nackte Kanone Blu-ray-Box-Set 14,99€)
  3. 5€ inkl. FSK-18-Versand
  4. (u. a. 3 Blu-rays für 15€, 2 Neuheiten für 15€)

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
       


Samsung Micro-LED-TV angesehen (CES 2019)

Micro-LEDs könnten dank Samsungs neuem 75-Zoll-Fernseher bald auch ihren Weg in heimische Wohnzimmer finden. Der neue TV hat ein sehr scharfes und helles Bild - einen Preis hat Samsung aber noch nicht bekanntgegeben.

Samsung Micro-LED-TV angesehen (CES 2019) Video aufrufen
Datenschutz: Nie da gewesene Kontrollmacht für staatliche Stellen
Datenschutz
"Nie da gewesene Kontrollmacht für staatliche Stellen"

Zur G20-Fahndung nutzt Hamburgs Polizei eine Software, die Gesichter von Hunderttausenden speichert. Schluss damit, sagt der Datenschutzbeauftragte - und wird ignoriert.
Ein Interview von Oliver Hollenstein

  1. Brexit-Abstimmung IT-Wirtschaft warnt vor Datenchaos in Europa
  2. Österreich Post handelt mit politischen Einstellungen
  3. Digitalisierung Bär stößt Debatte um Datenschutz im Gesundheitswesen an

Nubia Red Magic Mars im Hands On: Gaming-Smartphone mit Top-Ausstattung für 390 Euro
Nubia Red Magic Mars im Hands On
Gaming-Smartphone mit Top-Ausstattung für 390 Euro

CES 2019 Mit dem Red Magic Mars bringt Nubia ein interessantes und vor allem verhältnismäßig preiswertes Gaming-Smartphone nach Deutschland. Es hat einen Leistungsmodus und Schulter-Sensortasten, die beim Zocken helfen können.
Ein Hands on von Tobias Költzsch

  1. ATH-ANC900BT Audio Technica zeigt neuen ANC-Kopfhörer
  2. Smart Clock Lenovo setzt bei Echo-Spot-Variante auf Google Assistant
  3. Smart Tab Lenovo zeigt Mischung aus Android-Tablet und Echo Show

IT-Sicherheit: 12 Lehren aus dem Politiker-Hack
IT-Sicherheit
12 Lehren aus dem Politiker-Hack

Ein polizeibekanntes Skriptkiddie hat offenbar jahrelang unbemerkt Politiker und Prominente ausspähen können und deren Daten veröffentlicht. Welche Konsequenzen sollten für die Sicherheit von Daten aus dem Datenleak gezogen werden?
Eine Analyse von Friedhelm Greis

  1. Datenleak Ermittler nehmen Verdächtigen fest
  2. Datenleak Politiker fordern Pflicht für Zwei-Faktor-Authentifizierung
  3. Politiker-Hack Wohnung in Heilbronn durchsucht

    •  /