Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/0201/17946.html    Veröffentlicht: 25.01.2002 14:23    Kurz-URL: https://glm.io/17946

Patent: HP und UCLA verdrahten Moleküle

Molekülgroße Rastergitter könnten Silizium-Schaltkreise ergänzen und ablösen

Hewlett-Packard (HP) und die kalifonische Universität UCLA haben in den USA ein Patent für eine Technik anerkannt bekommen, die das Herstellen von sehr komplexen Schaltkreisen einfach und billig auf molekularer Größe ermöglichen soll. Laut HP könnten Molekular-Elektronik-Chips noch in dieser Dekade marktreif sein und irgendwann Silizium-basierte Chips ablösen.

Das "Molecular-Wire Crossbar Interconnect (MWCI) for Signal Routing and Communications" getaufte US-Patent 6,314,019 B1 baut auf vorherige Patente von HP und der UCLA auf, darunter die US-Patente 6,128,214 ("Molecular Wire Crossbar Memory") und 6,256,767 ("Demultiplexer for a Molecular Wire Crossbar"). Die Forschung wurde von der US Defense Advanced Research Projects Agency und HP finanziert.

Aktuelle Chipfertigungstechniken benötigen mehrere teure und präzise Schritte, um die komplexen Muster aus Drähten zu erzeugen, die einen integrierten Schaltkreis ausmachen. Die von HP und UCLA ersonnene Technik nutzt ein einfaches Raster aus jeweils nur ein paar Atome breiten Drähten, die mittels elektronischen, molekülbreiten Schaltern miteinander verbunden sind.


Laut HP habe man im eigenen Laboratorium bereits demonstrieren können, wie einige seltene Erdmetalle sich im Nanometer-Bereich selbstständig in parallel verlaufende Drähten umformen, wenn sie chemisch mit einem Silizium-Substrat reagieren. Zwei Sätze von rechtwinklig aufeinander zulaufenden Drähten könnten so ein Rastergitter bilden.

In einem weiteren Experiment konnten Forscher von HP und UCLA Drähte mit den Abmaßen von Silizium-Leitungen heutiger Chips übereinander kreuzen und um eine ein Molekül dicke Lage von elektrisch schaltbaren Rotaxan-Molekülen legen. Einfache Logikgatter wurden elektronisch durch das Laden von Signalen in die zwischen den gekreuzten Drähten gefangenen Moleküle erzeugt.

"Diese Arbeit hat erstmals gezeigt, dass Moleküle als elektronische Geräte zum Ausführen von Computerlogik genutzt werden können", so James R. Heath, Professor an der UCLA und Leiter des California NanoSystems Institute. Er gehört zu den drei Wissenschaftlern, denen das Patent zugesprochen wurde. Die beiden anderen sind Philip J. Kuekes und R. Stanley Williams von HP Labs.

"Die ganze Arbeit zeigt, dass die Programmierung in Zukunft die heutigen komplexen, hochpräzisen Methoden für die Fertigung von Computer-Chips ersetzen könnte", so Kuekes. "Sobald ein zu Grunde liegendes Rastergitter zusammengebaut wurde, könnte Programmierung genutzt werden, um ein sehr komplexes logisches Design durch elektronisches Setzen der passenden Konfigurations-Schalter in der Molekular-großen Struktur zu implementieren."

Die im neuen Patent beschriebene Technik soll dabei eine große Hürde beseitigen - denn bisher hätten bisherige Experimente gezeigt, dass sich bei einem einzelnen großen Rastergitter alle elektrischen Signale gegenseitig stören. Die Lösung sei ein Kürzen der einzelnen Drähte in einzelne Abschnitte sowie ein Umwandeln einiger Draht-Schnittstellen in Isolatoren.

"Im Wesentlichen teilt man eine Stadt in kleinere Nachbarschaften, mit kleineren lokalen Straßen innerhalb jedes Stadtteils und größeren Straßen, welche für Verbindungen sorgen", so Williams.

Die Isolatoren werden durch chemisch andersartige "Cutter Wires" erzeugt. Ein Spannungsunterschied zwischen Cutter Wire und dem Zieldraht erzeugt den Isolator. Die Kontrolle der Spannung und Ladungen war bereits der Inhalt des oben erwähnten Patents "Demultiplexer for a Molecular Wire Crossbar", das Williams und Kuekes im Jahr 2001 anerkannt bekommen haben. Damit können Molekül-große Geräte mit aktueller, etwa 100-mal größerer Silizium-Technologie verbunden werden. Vereinfacht gesagt, erfolgt die Kontrolle über eine spezielle Demultiplexing-Technik, die über einem chemischen Prozess lithografisch erzeugte Drähte mit nanometergroßen Drähten verbindet.  (ck)


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