Computerchips aus Nanomaterialien revolutionieren Halbleiterindustrie

10. Jänner 2014, 14:38
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Das Ende der Silicon-Ära könnte vor der Türe stehen

Kaum ein chemisches Element hat die Elektronikbranche so beeinflusst wie Silizium. Hauptgrund dafür ist dessen Eignung als Material für Transistoren, auf denen wiederum die moderne Elektronik basiert. Das chemische Element war dabei ausschlaggebend für die beinahe fünfzig Jahre andauernde Gültigkeit des Moore'schen Gesetz: 1965 sagte Intel-Mitbegründer Gordon Moore unter dem Eindruck der Silizium-Revolution voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle 18 Monate verdoppeln würde. Die Abermillionen an Transistoren in einem Smartphone zeugen von dieser Entwicklung. Nun könnte allerdings der Zenit erreicht sein: Immer mehr Experten bezweifeln laut New York Times, dass eine in dieser Geschwindigkeit fortlaufende Steigerung der Transistordichte weiter möglich sei – zumindest mit Silizium als Ausgangselement. Eines scheint klar: Die Welt wird sich entweder von der Gültigkeit des Moore'schen Gesetz oder Silizium verabschieden müssen.

Auf ins Zeitalter der Nanomaterialien

In Zukunft könnten dafür Materialien zum Einsatz kommen, die in der Lage sind, sich selbst an der Halbleiterscheibe anzuordnen. Schaltkreise sollen künftig nicht mehr durch technische Bearbeitung geschaffen werden, vielmehr wollen Forscher die Fähigkeit einiger Elemente zur „Selbstorganisation" (engl.: self-assembly) nutzen . Manche Stoffe, etwa Polymere, könnten durch chemische Prozesse so beeinflusst werden, dass sie selbst Schaltkreise bildeten. Diese hätten die Größe von Molekülen. Dadurch entstünden Computerchips, die nicht nur leistungsstärker und noch kleiner, sondern auch billiger zu produzieren wären.

Supercomputer berechnen Superleiter

Ausgerechnet im Silicon Valley wird auf Hochtouren nach geeigneten Nachfolgern für das namensgebende Silizium geforscht. Herzstück der Forschung sind Supercomputer, die das potenzielle Verhalten von Nanomaterialien berechnen. So testen Forscher ihre Vorhersagen und damit die Eignung des Materials für einen Einsatz als Halbleiter. Mit vielversprechenden Ergebnissen: Im Dezember gaben Wissenschafter der Sandia National Laboratories bekannt, eine Schicht an Leitern aus sogenannten „metal-organic-frameworks" (MOF) geschaffen zu haben. Dabei handelt es sich um eine kristalline Anordnung von metallischen Ionen und organischen Molekülen, die in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen könnten. Ebenfalls für Aufsehen sorgte eine Publikation des „SLAC National Accelerator Laboratory", in der eine neue Form von Zinn beschrieben wurde. Dieser „Stanene" getaufte Stoff sei in der Lage, schon als Schicht in der Dicke von lediglich einem einzigen Molekül bei Raumtemperatur ohne Energieverluste Elektrizität zu leiten. Eine Sensation, da diese Art von Leitungsfähigkeit bislang nur bei sogenannten „Superleitern" festgestellt wurde, die ausschließlich unter eisigen Temperaturen funktionieren. Für die Industrie würde diese Entdeckung eine massive Steigerung sowohl der Geschwindigkeit als auch der Stromeffizienz von Halbleitern bedeuten.

Fabriken zum Preis eines Staatsbudgets

Mitverantwortlich für den Schub an neuen Forschungsergebnissen sind steigende Kosten für Chip-Fabriken. Der Technologie-Thinktank Gartner geht davon aus, dass Herstellungsanlagen für konventionelle Materialien in zwei Jahren mit bis zu 10 Milliarden Dollar bereits doppelt so teuer wie bislang sein dürften. Bis 2020 könnte dieser Betrag auf 20 Milliarden steigen. Gelänge einem Konkurrenten nun ein Durchbruch in der Forschung, wäre die Anlage wertlos. Daher investieren Firmen vermehrt in Innovationen. So setzt beispielsweise IBM laut der New York Times große Hoffnungen auf exotische Polymere, die sich automatisch in ultradünne Schaltkreise anordnen könnten. Bei Forschungserfolgen könnte man sich die Anschaffung neuer Litographen ersparen. Deren Kostenpunkt: 500 Millionen Dollar. (fas, derstandard.at, 10.1.2014)

 

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