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Forscher fertigen Transistor, der nur noch drei Atome dick ist

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die on waferDie Strukturen in aktuellen Halbleiterbauelemente haben inzwischen Größen erreicht, die vor einigen Jahren unvorstellbar waren. Selbst komplexe Prozessoren lassen sich inzwischen in 14 oder 16 nm fertigen, wobei die eigentliche Größenangabe eigentlich unnötig ist, denn schon länger bewegen wir uns hier in einer Grauzone, die sich gar nicht mehr so einfach bestimmen lässt. Je nachdem welcher Prozess zur Fertigung verwendet wird und wie die Hersteller messen, sind 14 nm nicht immer gleich 14 nm und das gilt auch für alle anderen Fertigungsgrößen.

Dennoch ist ein klarer Trend zu immer geringeren Fertigungsgrößen erkennbar, den die Hersteller auch immer weiter vorantreiben. Die Vorteile einer größeren Ausbeute pro Wafer, einer geringeren Leistungsaufnahme und schlichtweg einer größeren Dichte an Transistoren pro Fläche für eine höhere Speicherkapazität oder Rechenleistung wiegen die Kosten für die Entwicklung immer kleinerer Strukturen noch immer auf. Derzeit ist noch kein Ende dieser Entwicklung absehbar zu erkennen, auch wenn Hersteller wie Intel inzwischen mehrere Milliarden US-Dollar in die Entwicklung neuer Strukturgrößen stecken. Weitere Milliarden kommen hinzu, wenn eine Fabrik entsprechend umgerüstet werden soll.

Aufbringen von Schichten an Material via MOCVD
Aufbringen von Schichten an Material via MOCVD

Nun haben Forscher an der Cornell Universität im US-Bundesstaat New York einen weiteren großen Schritt in der Fertigung von Halbleiterbauelementen gemacht. Nicht mehr nur die Physik spielt bei der Entwicklung neuer Technologien eine Rolle, sondern auch inzwischen auch eine Art Biochemie, denn das Halbleitermaterial wird nicht mehr nur mithilfe von Lithografie aus einer Oberfläche "entwickelt", sondern inzwischen werden diese Strukturen gezüchtet. Verwendet wird dazu ein Silizium- oder Gallium-Arsenide, das auch bei einer Materialstärke von wenigen Atomen noch leitend ist und sich daher eignet.

Die Limits noch weiter in die Zukunft gerückt haben die Forscher nun, indem sie Molybdändisulfid verwenden. Dünne Filme dieses Materials wurden aufeinander gezüchtet und bilden Transistoren, die nur noch drei Atome dick waren und dennoch ihre Funktion behielten. Auch zuvor gelangen diese Züchtungen bereits, allerdings nur in Form eines funktionslosen Kristalls. Nun konnte das Molybdändisulfid in technische Strukturen entwickelt werden, die sogar auf größeren Wafern von vier Zoll untergebracht werden können und damit ein gewisser Weise eine Massenfertigung darstellen.

Strukturen aus Molybdändisulfid auf einem transparenten Silicat
Strukturen aus Molybdändisulfid auf einem transparenten Silicat

Um solch dünne Schichten zu fertigen, wird ein Verfahren verwendet, das bereits seit Jahren mit unterschiedlichen Materialien und zu unterschiedlichen Verwendungen seinen Einsatz findet. Bei der Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) wird ein Material, egal ob Feststoff, Flüssigkeit oder bereits als Gas vorliegend, in ein Gas umgewandelt und auf ein Trägermaterial aufgebracht. Diese Methode erlaubt es den Forschern, von der Cornell Universität, Lage von der Materialstärke nur eines Atoms aufzubringen.

Bis wir allerdings echte Bauelemente sehen werden, die auf diese Art und Weise gefertigt werden, wird es noch einige Zeit dauern. Aktuell arbeitet man daran, dünne Filme bzw. Schichten auf diese Art und Weise aufzubringen. An logische Bauteile ist derzeit also noch nicht zu denken. Dennoch zeigt das Engagement einiger Partner der Universität, dass hier großes Interesse besteht. Geldgeber und damit Unterstützung ist unter anderem das Samsung Advanced Institute for Technology.

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