Nanochips der nächsten Generation

Luft ersetzt Silizium in neuen Transistoren

| Redakteur: Tina Billo

Je kleiner der Luftspalt, desto leichter fließen die Elektronen.
Je kleiner der Luftspalt, desto leichter fließen die Elektronen. (Bild: RMIT University / rmit.edu.au)

Das Mooresche Gesetz hat der Halbleiterindustrie in den vergangenen Jahrzehnten einen recht guten Dienst erwiesen. Forscher der australischen RMIT Universität wollen dieses nun langfristig absichern. Anstelle von Silizium soll Luft treten - erste Forschungsarbeiten zeigen, dass dies den Elektronenfluss begünstigt und sich als neuer Ansatz für die weitere Miniaturisierung elektronischer Bauteile erweisen könnte.

Das Silizium-Zeitalter geht zu Ende - zumindest dann, wenn sich neue Transistoren von Forschern der RMIT University durchsetzen. Sie könnten die Basis für die Nanoelektronik der Zukunft werden, die heute noch auf Silizium-Basis hergestellt wird. Die Elektronen fließen bei den neuen Transistoren durch Luft. Dort treffen sie auf keinen Widerstand. Eine Erwärmung, die die Leistung elektronischer Bauelemente begrenzt, findet nicht oder kaum statt.

Keine Kollisionen, keine Wärme

"Weil der Strom bei unseren Transistoren durch die Luft fließt, gibt es keine Kollisionen und damit auch keinen Widerstand, der zu einer Erwärmung führt", sagt Shruti Nirantar, Doktorandin am Institut für Funktionsmaterialien und Mikrosysteme der Hochschule. Die Kombination von Metall und Luft könne die Elektronik revolutionieren. Die Siliziumtechnik erreiche ihre physikalische Obergrenze, weil sich die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektronen fortbewegen, nicht mehr steigern lasse.

Die Leistung von Computerchips hat in den vergangenen Jahrzehnten ständig zugenommen, genauer: Sie hat sich alle zwei Jahre verdoppelt. Das ist als Mooresches Gesetz bekannt. Doch in den vergangenen Jahren hat es mit der Verdoppelung alle zwei Jahre nicht mehr ganz geklappt, obwohl die Transistoren mittlerweile kleiner sind als ein Virus. "Unsere Technologie eröffnet einen neuen Weg zur Miniaturisierung elektronischer Bauteile", sagt Nirantar. Damit könne das Mooresche Gesetz noch jahrzehntelang gelten.

Elektronen lassen sich täuschen

Forschungsleiter Sharath Sriram vergleicht den Weg der Elektronen durch das Silizium mit einem Fußgänger, der auf einer sehr belebten Straße ein bestimmtes Ziel erreichen will. "Die Menschenmenge behindert das Fortkommen und kostet Kraft", so Sriram. Die Bewegung in einem Vakuum gleiche einer Fahrt auf einer leeren Autobahn. Dort könne man schneller fahren und verbrauche weniger Energie.

In Wirklichkeit flitzen die Elektronen nicht durch ein Vakuum, sondern durch Luft. Der Spalt ist laut Sriram jedoch mit wenigen Nanometern so klein, "dass die Elektronen sich täuschen lassen und glauben, sie flögen durch einen luftleeren Raum". Sriram weiter: "Das ist ein Schritt hin zu einer aufregenden Technologie, die einen rapiden technologischen Fortschritt möglich macht."

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