Weltkleinster Transistor aus Kohlenstoffschichten

Graphen-Modul zeigt selbst auf atomarer Ebene noch nützliche Leitfähigkeit

Simulation eines Graphen-Transistors
Simulation eines Graphen-Transistors

Manchester (Großbritannien) - Händeringend suchen Chiphersteller nach neuen Materialien für extrem kleine Schaltkreise nach der Silizium-Ära. Nur ein Atom dünne Schichten aus Kohlenstoffatomen – Graphen – bieten sich nun als geeignetes Material für die Prozessoren der Zukunft an. Aus diesem Werkstoff bauten britische Physiker ein Muster für den weltkleinsten Transistor, der nur noch aus etwa 100 Atomen besteht. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, zeigt Graphen selbst in diesen winzigen Dimensionen noch ein geeignetes Leitungsverhalten für schaltende Elektronen.

"Das Gute an Graphen ist, dass diese Eigenschaften selbst bei Modulen, die nur noch aus einigen Benzolringen bestehen, erhalten bleiben", sagt Kostya Novoselov von der University of Manchester. Schon andere Gruppen konnten Schaltkreise aus den hauchdünnen Graphen-Schichten herstellen, doch so kleine Transistoren wie die Briten schaffte bisher noch keiner. Mithilfe der Elektronenstrahllithografie und reaktiven Plasmaätzverfahren schnitten sie die filigranen Kohlenstoffschichten aus großflächigeren Graphenlagen aus.

"Je kleiner die Transistoren wurden, desto besser verhielten sie sich", erklärt Novoselov. Damit meint er vor allem die elektrische Leitfähigkeit, die selbst bei Ausmaßen weit unter zehn Millionstel Millimetern (Nanometer) erhalten blieb. Zum Vergleich: Silizium-Chips weisen derzeit Strukturen von etwa 45 Nanometer auf. Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Ansätzen für Nanometer kleine Transistoren ist die Stabilität der Graphen-Module bei Raumtemperatur.

Ob und wann Supercomputer mit Graphen-Chips ausgestattet werden können, können die Forscher allerdings noch nicht abschätzen. Denn bisher gelang die Herstellung der winzigen Transistoren nur mehr oder weniger zufällig. Eine Technologie, die das Material exakt mit der notwendigen Nanometer-Präzision strukturieren könnte, existiert heute noch nicht. Nichtsdestotrotz ist dieser Top-Down-Ansatz für die Entwicklung molekularer Schaltkreise wegen der ungewöhnlichen Eigenschaften von Graphen sehr viel versprechend.