Nano-Transistor erhöht Energieeffizienz um Faktor 50

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Forscher der schwedischen Lund University haben mithilfe von Nanotechnologie und dem Werkstoff Indiumarsenid eine Transistor-Art entwickelt, die eine 50-mal höhere Energieeffizienz als heute übliche Modelle hat.

“Das kann den Weg für Kommunikation in Frequenzbereichen ebnen, die für heutige Technologien zu hoch sind”, beschreibt Lars-Erik Wernersson, Festkörperphysiker an der Lund University. Neben dem geringen Energieverbrauch sei eine weitere Besonderheit der Entwicklung, dass die Transistoren nicht durch Herausarbeiten aus größeren Stücken entstanden sind.

“Diese Art von Transistor sollte den Energieverbrauch in Mobilgeräten reduzieren können, damit sie nicht so oft aufgeladen werden müssen”, beschreibt Wernersson einen Vorteil. Der Schlüssel zur höheren Energieeffizienz ist das Material. Bei Silizium kommt es bei fortschreitender Miniaturisierung von Transistoren zu einer immer größeren Hitzeentwicklung beim Elektronentransport. “Indiumarsenid als Material hat bessere Transporteigenschaften”, erklärt Wernersson. Eigentlich sei die Fertigung von Transistoren aus Indiumarsenid schwierig, doch werde sie durch Nanotechnologie relativ einfach.

Der Transistor ist nanotechnologisch gebaut worden, betonen die Forscher. Das Material sei selbstorganisierend nach einem Bottom-Up-Prinzip statt wie bei anderen Ansätzen üblich aus einem größeren Stück herausgearbeitet, so Wernersson. Tatsächlich wurde etwa der winzige Graphen-Transistor in Manchester durch ein solches Herausarbeiten gefertigt. Das Team habe bereits Strukturen bis hinunter zu zehn Nanometern beobachtet, das Material könne also als Alternative für eine weitere Miniaturisierung in der Elektronik interessant sein, so Wernersson.

Die Indiumarsenid-Transistoren seien auch interessant für eine Kommunikation in Frequenzbereichen bis zu 60 Gigahertz (GHz) statt den derzeit üblichen drei bis zehn GHz. Der höhere Frequenzbereich wäre theoretisch auch mit konventioneller Technologie erreichbar, so Wernersson. Allerdings käme der geringere Energieverbrauch hier besonders zu tragen. “Mit 60 GHz kann nur über kurze Entfernungen kommuniziert werden und beispielsweise nicht durch Wände”, so Wernersson. Der Frequenzbereich sei geeignet, um die immer gängiger werdende drahtlose Kommunikation zwischen elektronischen Geräten im Haushalt zu rationalisieren. Daher wollen die Forscher in dieser Richtung weiterarbeiten.

Ähnlich gelagerte Forschungen gäbe es auch bei anderen Wissenschaftlerteams, unter anderem bei IBM, betonen die Schweden. Das Team in Lund habe aber den bisher größten Fortschritt gemacht. Ein Forschungsartikel zu den Ergebnissen wurde im Journal IEEE Electron Device Letters veröffentlicht.