Abo
  • Services:
Anzeige
Einzelne Lagen von Atomen bei Graphen
Einzelne Lagen von Atomen bei Graphen (Bild: Wikimedia/CC-BY-SA 3.0)

Zukunftstechnologie: Richtig flache Chips ohne Silizium

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

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.
Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

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.

Anzeige

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

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 

eye home zur Startseite
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...



Anzeige

Stellenmarkt
  1. Daimler AG, Stuttgart
  2. Comarch AG, Dresden
  3. Daimler AG, Leinfelden-Echterdingen
  4. State Street Bank International GmbH, Frankfurt


Anzeige
Spiele-Angebote
  1. (-58%) 24,99€
  2. (-73%) 7,99€
  3. 79,98€ + 5€ Rabatt (Vorbesteller-Preisgarantie)

Folgen Sie uns
       


  1. Radeon Software 17.10.2

    AMD-Treiber beschleunigt Destiny 2 um 50 Prozent

  2. Cray und Microsoft

    Supercomputer in der Azure-Cloud mieten

  3. Wiper Premium J XK

    Mähroboter mit Persönlichkeitsstörung

  4. Fall Creators Update

    Microsoft will neues Windows 10 schneller verteilen

  5. Canon

    Riesiger Bildschirm soll DSLR und Tablet vereinen

  6. Wibotic Powerpad

    Induktions-Drohnenlandeplatz erhöht die Reichweite

  7. Mercedes-Benz Energy

    Elektroauto-Akkus werden zum riesigen Stromnetzspeicher

  8. Unternehmen

    1&1 Versatel bietet Gigabit für Frankfurt

  9. Microsoft

    Xbox One emuliert 13 Xbox-Klassiker

  10. DMT Bonding

    Telekom probiert 1 GBit/s ohne Glasfaser aus



Haben wir etwas übersehen?

E-Mail an news@golem.de


Anzeige
ZFS ausprobiert: Ein Dateisystem fürs Rechenzentrum im privaten Einsatz
ZFS ausprobiert
Ein Dateisystem fürs Rechenzentrum im privaten Einsatz
  1. Librem 5 Purism zeigt Funktionsprototyp für freies Linux-Smartphone
  2. Pipewire Fedora bekommt neues Multimedia-Framework
  3. Linux-Desktops Gnome 3.26 räumt die Systemeinstellungen auf

Verschlüsselung: Niemand hat die Absicht, TLS zu knacken
Verschlüsselung
Niemand hat die Absicht, TLS zu knacken
  1. RSA-Sicherheitslücke Infineon erzeugt Millionen unsicherer Krypto-Schlüssel
  2. TLS-Zertifikate Zertifizierungsstellen müssen CAA-Records prüfen
  3. Certificate Transparency Webanwendungen hacken, bevor sie installiert sind

Zotac Zbox PI225 im Test: Der Kreditkarten-Rechner
Zotac Zbox PI225 im Test
Der Kreditkarten-Rechner

  1. Re: Katastrophale UX

    DeathMD | 09:55

  2. Passende Antwort dazu: LOL

    ckerazor | 09:54

  3. Das ist nicht gut.

    AntonAusTirol | 09:54

  4. Re: 1. Win10 Bluescreen nach Update

    ArcherV | 09:53

  5. Re: Was wirklich passiert

    My1 | 09:53


  1. 09:35

  2. 09:15

  3. 09:00

  4. 08:23

  5. 07:34

  6. 07:22

  7. 07:11

  8. 18:46


  1. Themen
  2. A
  3. B
  4. C
  5. D
  6. E
  7. F
  8. G
  9. H
  10. I
  11. J
  12. K
  13. L
  14. M
  15. N
  16. O
  17. P
  18. Q
  19. R
  20. S
  21. T
  22. U
  23. V
  24. W
  25. X
  26. Y
  27. Z
  28. #
 
    •  / 
    Zum Artikel