Zukunftselektronik: Nanodrähte wachsen in trennscharfen Schichten

Neue Produktionsmethode für winzige Drähte und Transistoren aus Bi-Materialien - saubere Übergänge erlauben gezieltes Schalten und neue Generation elektronischer Geräte

Nanodraht unter einem hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop
Nanodraht unter einem hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop

West Lafayette (USA) - Weil immer leistungsfähigere Computerchips immer kleiner werden, wächst der Bedarf an immer feineren Drähten und Transistoren. Jetzt präsentieren US-Forscher eine neue Methode, um nur Nanometer breite Halbleiter-Drähte aus mehreren Materialien wachsen zu lassen - wie ein Turmkuchen aus verschiedenen Schichten. Da sich an den Übergängen das Material kaum vermischt, lassen sich mit dem Verfahren auch winzige, effiziente Transistoren herstellen. Der Kontaktbereich misst nur ein bis zwei Atomschichten, erklären die Forscher im Fachblatt "Science". Eine neue Generation leistungsfähigerer Schaltkreise mit noch winzigeren Transistoren wird damit denkbar: Das "Mooresche Gesetz", nach welchem sich die Größe von Computerchips regelmäßig halbiert, stieße doch noch nicht so bald an seine Grenzen wie erwartet.

"Hat man exakt definierte Materialschichten, so kann man den Elektronenfluss verbessern und kontrollieren sowie den Fluss an- und ausschalten", schreibt Eric Stach, Professor für Materialforschung an der Purdue University. Gemeinsam mit Kollegen in der IBM-Forschung und an der University of California, Los Angeles, hatte sein Team den Nanodrähten in einer Vakuumkammer beim Wachsen zugeschaut - mithilfe eines Transmissionselektronenmikroskops. Zunächst brachten sie in der Kammer winzige Teilchen einer Gold-Aluminium-Legierung zum Schmelzen. Dieser Tropfen diente als Katalysator, während sie gasförmiges Silizium in die 570°C heiße Kammer leiteten. Der Tropfen absorbierte das Silizium aus der Umgebung, bis er damit übersättigt war und es an einer Seite wieder abgab: Der Anfang eines stetig wachsenden, winzigen Drahtes mit 16 Nanometern Durchmesser. Im nächsten Schritt senkten die Forscher die Temperatur in der Kammer etwas, um dasselbe Verfahren mit Germanium zu durchlaufen. Der Zyklus lässt sich wiederholen und die Gase lassen sich nach Wunsch wechseln, so Stach, um spezifische Typen so genannter Heterostrukturen herzustellen. So lässt sich etwa auch ein Germanium-Gate in einen Silizium-Feldeffekt-Transistor einbauen.

Neu an der Methode ist der scharf definierte Übergangsbereich von nur wenigen Atomdicken. In bisherigen Heterostrukturen durchmischen sich die Atome beider Materialien über einen deutlich breiteren Bereich, was die Schalteffizienz von Transformatoren beeinträchtigt. Zudem lassen sich durch das vertikale Wachstum nun deutlich kleinere Transistoren herstellen als bisher, so dass mehr davon in die Schaltkreise passen. Allerdings muss die Methode noch optimiert werden, so Stach: "Zunächst müssen wir Nanodrähte herstellen lernen, die exakten Standards entsprechen, bevor die Industrie sie nutzen kann, um damit Transistoren zu produzieren".