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Zweidimensionales Silizium: Forscher bauen ersten Transistor aus Silicen

Das erste Bauteil aus zweidimensionalem Silizium: Forscher in den USA haben einen Transistor aus dem erst vor einigen Jahren entdeckten Material Silicen hergestellt. Seine Lebensdauer war jedoch kurz.

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Wellenförmige Struktur einer Silicen-Schicht: Herstellung in einer Vakuumkammer
Wellenförmige Struktur einer Silicen-Schicht: Herstellung in einer Vakuumkammer (Bild: University of Texas)

Transistoren werden zweidimensional: Forscher der Universität von Texas in Austin haben einen Feldeffekttransistor aus Silicen gebaut. Es ist das erste Mal, dass das gelungen ist.

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Silicen ist ein zweidimensionales Silizium, es besteht also aus einer einzigen Atomschicht. Diese Form des Siliziums wurde erst vor wenigen Jahren entdeckt. Die Atome sind - ähnlich wie beim Graphen, dem zweidimensionalen Kohlenstoff, in einem Wabenmuster angeordnet. Anders als das Graphen ist das Silicen jedoch nicht eben: Ein Silicen-Ring weist eine leichte Krümmung auf, weshalb eine Silicen-Schicht eine regelmäßige Wellenform hat.

Silicen hat eine Bandlücke

Silicen hat ähnliche elektrische Eigenschaften wie Graphen. Der Unterschied ist: Wegen der Krümmung hat Silicen eine Bandlücke - das Material ist ein Halbleiter, weshalb es sich sehr gut für Transistoren eignet.

Allerdings hat Silicen auch einen entscheidenden Nachteil: Es zerfällt unter dem Einfluss von Sauerstoff. Nicht nur das machte es Deji Akinwande und seinen Kollegen schwer, einen Silicen-Transistor herzustellen: Anders als Graphen lässt sich Silicen nicht einfach von einem Block abschälen.

Silizium wird verdampft

Die Forscher haben das Silicen in einer Vakuumkammer hergestellt. Darin ließen sie Silizium-Dampf auf einer Silberschicht auf einer Basis aus Glimmer kondensieren. Es bildete sich eine Silicen-Schicht. Auf diese wurde wiederum als Schutz eine 5 Nanometer dicke Schicht aus Aluminiumoxid aufgebracht.

Anschließend entfernten die Forscher das Silicen-Sandwich von seiner Glimmerbasis und drehten es, so dass die Silberschicht oben lag. Von dieser ätzten sie einen Teil weg, übrig blieben zwei Elektroden mit einem Streifen Silicen dazwischen.

Der Transistor zerfällt nach Minuten

Die Lebensdauer des superdünnen Transistors war allerdings begrenzt: Er überlebte nur etwa zwei Minuten - dann war das freiliegende Silicen zerfallen. Diese Zeit reichte aber für einige Messungen. Die hätten eine kleine Bandlücke bestätigt, schreiben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology.

Allerdings war der Elektronenfluss deutlich langsamer als bei Graphen. Die Ursache dafür ist nicht klar: Es kann am Silicen selbst liegen, aber auch an der Technik, wie die Forscher den Transistor gefertigt haben. Das wird sich voraussichtlich in Zukunft zeigen: Akinwande will nach anderen Möglichkeiten suchen, Silicen herzustellen.



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KeinfreierName 06. Feb 2015

Deren Periodizität ist aber allenfalls bei syntetisch angelegten Wäldern (z.B...

KeinfreierName 06. Feb 2015

Vielen Dank für die Präzisierung. Bin mehr ab- als angehender Physiker, da ich mich...


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