Statt Silizium – IBM meldet Durchbruch bei Halbleiter-Technologien

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Mit einem neuen Verfahren wollen die Forscher von IBM physikalische Beschränkungen bei Halbleitern und kleinen Strukturbreiten umgehen können. Bis zu Serienreife jedoch werden wohl noch einige Jahre vergehen.

Mit Hilfe von Kohlenstoffnanoröhren will IBM das aktuell in Halbleitern verwendete Silizium ersetzen. Mit einem neuen Verfahren werde die Verkleinerung von Transistorkontakten möglich, ohne dass deren Leitfähigkeit abnimmt.

Mit dem neuen Verfahren sollen auch Transistor-Kontakte unter 10 Nanometer möglich sein, ohne dass die Leistung zurückgeht. (Bild: IBM)
Mit dem neuen Verfahren sollen auch Transistor-Kontakte unter 10 Nanometer möglich sein, ohne dass die Leistung zurückgeht. (Bild: IBM)

Transistoren aus Silizium werden von Jahr zu Jahr kleiner. Doch die Leistungsfähigkeit dieses Materials nähert sich langsam an eine Grenze an, heißt es von IBM weiter. Kohlenstoffnanoröhren könnten auch bei Strukturbreiten von unter 10 Nanometern gute Ergebnisse liefern. Chips aus Kohlenstoffnanoröhren seien in der Lage, die Fähigkeiten von High-Peformance-Computern deutlich zu steigern, was unter anderem schnellere Analyse von Big Data erlaube, Cloud-Rechenzentren effizienter mache und auch die Leistung von mobilen Geräten und des Internets der Dinge verbessere.

Schematische Darstellung einer Kohlenstoffnanoröhre. (Bild: IBM)
Schematische Darstellung einer Kohlenstoffnanoröhre. (Bild: IBM)

“IBMs Durchbruch nimmt eine wichtige Hürde, die der Verkleinerung von Silizium- und jeglichen Halbleiter-Transistortechnologien im Weg steht”, heißt es in einer Pressemitteilung von IBM. Neben dem Kanal müssten auch die Kontakte kleiner werden. Die damit verbundene Zunahme des Widerstands habe bis jetzt alle Leistungszuwächse aufgefressen. “Die Ergebnisse könnten die Probleme mit den Kontaktwiderständen bis hinunter zu 1,8 Nanometer-Knoten lösen – für die nächsten vier Technologiegenerationen.”

Verschiedene Strukturbreiten von Kontakten. (Bild: IBM)
Verschiedene Strukturbreiten von Kontakten. (Bild: IBM)

Die neuen Kontakte, die IBM verwendet, bestehen aus Molybdän. Sie werden in einem speziellen Verfahren an die Kohlenstoffnanoröhren “angeschweißt”, die wiederum horizontal auf einem Substrat angeordnet sind. Um das zu erreichen, erzeugt IBM mit einem konventionellen Lithografieverfahren zwei Kontakte, auf die das Molybdän aufgetragen wird. Unter hoher Temperatureinwirkung wird schließlich eine Reaktion ausgelöst, die das Metal mit den Kohlenstoffatomen verbindet.

Die für die Tests verwendeten Kohlenstoffnanoröhren haben einen Durchmesser von 12 Nanometern – die Kontakte sind rund 9 Nanometer groß. Laut IBM nimmt die Leistung eines solchen Transistors aber auch bei kleineren Strukturbreiten nicht ab. Begrenzender Faktor sei derzeit das Lithografieverfahren.

Der Serienreife stehen allerdings noch weitere Probleme im Wege. Dazu zählen die Kohlenstoffnanoröhren selbst, die noch immer nicht in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden können. Zudem ist es offenbar noch schwierig, die Röhren mit einer hohen Dichte auf einem Substrat anzubringen. Shu-Jen Han, Manager des IBM T.J. Watson Research Center, erwartet jedoch, dass Kohlenstoffnanoröhren schon in fünf bis zehn Jahren Silizium in Halbleitern ersetzen können.

Details dazu finden sich in der Oktober-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science.

[mit Material von Stefan Beiersmann, ZDNet.com]

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