Schaltkreise aus einzelnen Molekülen bauen sich selbst

Statt Computerchips aus Siliziumscheiben herauszuschneiden, setzen europäische Forscher halbleitende Moleküle zu ersten funktionierenden Modulen zusammen

Molekulare Elektronik
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Eindhoven (Niederlande)/Graz (Österreich) - Die kleinsten denkbaren Transistoren bestehen in Zukunft nur noch aus einzelnen Molekülen. Damit lassen sich Computerchips deutlich kleiner produzieren als mit der heute üblichen Silizium-Technologie. Im Prinzip. Denn erste Labormuster solcher Molekül-Schaltkreise hatten bisher noch zahlreiche Defekte. Aber nun konnte ein europäisches Forscherteam erstmals ein funktionierendes Modul aus einer nur ein Molekül dicken Schicht herstellen. Ihre revolutionäres Konzept erläutern sie in der Zeitschrift "Nature".

"Die Moleküle bildeten einen zweidimensionalen Kristall mit einer Dicke von lediglich drei Nanometern", beschreibt Roland Resel von der Technischen Universität Graz, der mithilfe von intensiver Synchrotronstrahlung den filigranen Aufbau der ersten Prototypen belegte. Fabriziert wurden die elektronischer Schaltkreise, die mit über 300 Transistoren fehlerlos arbeiteten, federführend von seinen Kollegen des Philips Research Labs in Eindhoven und der Universität Groningen. Die für den Bau benötigten Substanzen synthetisierten Forscher von der H.C. Starck GmbH in Leverkusen.

Das Team stellte für seine Arbeiten die bisher geltenden Regeln für den Bau von Computerchips auf den Kopf. Werden die filigranen Schaltkreise heute aus einer großen Siliziumscheibe mit lithografischen Methoden herausgetrennt, brachten umgekehrt Resel und Kollegen einzelne hableitende Moleküle dazu, sich zu Transistoren zusammenzufügen. Für dieses "Bottom-Up"-Prinzip wählten die Forscher so genannte Thiophen-Moleküle, die sie auf einer hochreinen Glasoberfläche verteilten. Über spezielle chemische Gruppen, die quasi als Anker an jedem einzelnen Thiophen-Molekül hingen, ordneten sich diese Transistor-Bausteine selbstständig zu dem Herzstück eines Schaltkreises zusammen. Winzige Elektroden aus Gold dienten schließlich als elektrische Kontakte.

"Diese Schaltkreise lassen sich relativ einfach aus einer flüssigen Lösung herstellen"; sagt Resel. Weder aufwändige Belichtungsverfahren noch Drucktechniken wären für eine zukünftige Massenproduktion mehr nötig. Erste Anwendungen der Molekül-Schaltkreise könnten in einfachen und preiswerten Modulen wie beispielsweise Funkchips für die Logistik liegen. Wann es soweit sein wird, weiß Resel allerdings nicht. "Das ist schwer abzuschätzen. Wissenschaftliche Entwicklung können Jahre brauchen oder auch ganz plötzlich kommen."