Wiener Forscher stellen besonders flachen und biegsamen Prozessor vor

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Er basiert auf Molybdändisulfid. Als künftige Anwendungsfelder sehen die Forscher medizinische Sensoren, biegsame Displays oder andere Einsatzfelder, in denen größere mechanische Flexibilität erforderlich ist, als mit klassischem Silizium erreicht werden kann.

Einem Forscher-Team der TU Wien ist es gelungen, einen funktionierenden 2D-Mikroprozessor auf Basis von Molybdändisulfid herzustellen. Die Weiterentwicklung und die künftige industrielle Fertigung könnten neue Anwendungen im Bereich flexibler Elektronik erschließen – von Sensoren im Medizinbereich bis hin zu flexiblen Displays.

Der von Thomas Müller und seinem Team am Institut für Photonik der TU Wien realisierte 1-bit-Mikroprozessor besteht aus 115 Transistoren auf einer Fläche von rund 0,6 Quadratmillimetern und kann einfache Programme ausführen. “Während das im Vergleich mit Industriestandards auf Basis von Silizium natürlich äußerst bescheiden wirkt, ist es doch ein großer Durchbruch für dieses Forschungsfeld. Der ‘Proof of Concept’ ist geschafft, einer Weiterentwicklung steht im Prinzip nichts im Weg”, erklärt Stefan Wachter, Dissertant in der Forschungsgruppe in einer Pressemitteilung.

Stefan Wachter, Dmitry K. Polyushkin und Thomas Müller (von links), die Entwickler des flexiblen Prozessors auf Grundlage von Molybdändisulfid (Bild: TU Wien)
Stefan Wachter, Dmitry K. Polyushkin und Thomas Müller (von links), die Entwickler des flexiblen Prozessors auf Grundlage von Molybdändisulfid (Bild: TU Wien)

Molybdändisulfid, auch als Molybdän(IV)-sulfid bezeichnet, gehört – wie übrigens auch das vielversprechende Graphen – zu den sogenannten zweidimensionale Materialien. Dies bestehen nur aus einer oder zumindest sehr wenigen Schichten von Atomen. Bei Molybdändisulfid sind es drei, im Gegensatz zu Graphen weist es jedoch Halbleitereigenschaften auf.

Auf der Suche nach einem leistungsfähigeren Ersatz für das allmählich ausgereizte Silizium werden einzelne Transistoren aus 2D-Materialien schon seit der Entdeckung von Graphen 2004 erforscht. Bisher gelang jedoch lediglich die Herstellung einzelner digitaler Bauelemente aus wenigen Transistoren – zu wenig für einen eigenständig funktionierenden Mikroprozessor. Dafür sind komplexere Schaltkreise und vor allem deren perfektes Zusammenwirken erforderlich. Dass sich beides auf Basis von Molybdändisulfid realisieren lässt, haben die Wiener Forscher nun in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Communications dargelegt.

Der von Thomas Müller und seinem Team realisierte 1-bit Mikroprozessor besteht aus 115 Transistoren auf einer Fläche von rund 0,6 Quadratmillimetern. (Bild: TU WIen)
Der von Thomas Müller und seinem Team realisierte 1-bit Mikroprozessor besteht aus 115 Transistoren auf einer Fläche von rund 0,6 Quadratmillimetern. AC steht im Bild für Akkumulator, einen internen Zwischenspeicher; PC für Program Counter (bestimmt die ausgeführte Programmzeile); IR für Instruction Register, den Zwischenspeicher für Programmcode aus dem externen Speicher; CU für Control Unit, die das Zusammenspiel der Komponenten steuert; OR für Output Register, einen Zwischenspeicher für die Ausgangswerte, und ALU schließlich für die Arithmetic Logic Unit, die die eigentlichen Berechnungen durchführt (Bild: TU Wien)

Für den Einsatz dieser Technologien in der Praxis werden künftig dann jedoch deutlich leistungsfähigere und komplexere Schaltkreise erforderlich sein. Eine der größten Hürden dazu ist die massenhafte und wirtschaftliche Herstellung der Transistoren, ihre Schaltkreise seine „im Labor quasi in ‘Handarbeit’ gefertigt“ worden. Mit industriellen Methoden könnten ihrer Auffassung zufolge in den nächsten Jahren allerdings durchaus neue Anwendungsgebiete für die Technologie entstehen, insbesondere da, wo die deutlich höhere mechanische Flexibilität der 2D-Mikropozessoren von Nutzen ist.

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