Eine neue Dimension für Graphen
Die Forschung geht davon aus, dass Graphen, ein Kohlenstoffallotrop, schon bald Silizium in der Chiptechnologie ablösen könnte. Die hohe Leitfähigkeit machte Graphen allerdings bislang ungeeignet für die Herstellung von Computerchips. Ein Forscherteam der Universität Manchester im Vereinigten Königreich stellt hierfür nun einen Lösungsansatz vor. Die im Fachblatt Science veröffentlichte Studie präsentiert einen völlig neuartigen Transistor, der Graphen zum Silizium der nächsten Generation machen könnte und eine dritte Dimension in der Graphenforschung eröffnet. Das Manchester-Team unter Leitung der beiden Professoren Andre Geim und Konstantin Novoselov, die vor kurzem den Nobelpreis und Anfang des Jahres den Adelstitel erhielten, ist von dem Werkstoff Graphen und dessen vielseitigen Eigenschaften, speziell den optischen, mechanischen, elektronischen und chemischen Eigenschaften, fasziniert. Experten zufolge könne Graphen die Hauptkomponente von Computerchips werden und damit Silizium als bislang gängiges Material ablösen. Viele internationale Marktführer wie Samsung, Intel und IBM bekundeten bereits ihr Interesse an Graphen. Dabei gibt es schon Einzeltransistoren mit sehr hohen Frequenzen (bis zu 300 GHz), die von Forschergruppen aus aller Welt demonstriert worden waren. Problematisch war allerdings immer, dass sie auf den Computerchips nicht dicht gepackt werden können, weil selbst bei optimaler Isolierung noch zuviel Strom "ausleckt". Die hohe elektrische Leitfähigkeit bringt den Chip daher über kurz oder lang zum Schmelzen. Trotz vieler Studien, die sich in den letzten acht Jahren mit dem Problem befassten, wurde keine tragfähige Lösung gefunden, bis das Manchester-Team nun möglicherweise das fehlende Puzzleteil entdeckt hat: die vertikale statt bislang laterale (ebene) Anordnung des Graphens. Die Forscher verwendeten Graphen als Elektrode, von der Elektronen durch ein Dielektrikum in ein anderes Metall getunnelt werden - von den Forschern als Tunneldiode bezeichnet. Sie konzentrierten sich dabei auf eine hervorragende Eigenschaft von Graphen: durch Anlegen einer externen Spannung lässt sich die Energie der Tunnelelektronen stark verändern. Basierend auf diesem Tunnelprinzip entwickelten sie einen neuen vertikalen Feldeffekttransistor, dessen Hauptkomponente Graphen ist. "Wir demonstrierten, dass das Konzept dieser neuen Herangehensweise tragfähig ist", so Studienleiter Dr. Leonid Ponomarenko vom Institut für Physik und Astronomie der Universität Manchester. "Unsere Transistoren funktionieren schon recht gut, können aber noch optimiert und auf Nanomaßstab geschrumpft werden, wo sie im Sub-THz-Frequenzbereich arbeiten". Professor Novoselov meint hierzu: "Damit eröffnen sich der Graphenforschung eine völlig neue Dimension und ungeahnte Möglichkeiten für graphenbasierte Elektronik". Graphen allein reicht jedoch nicht - es werden weitere Materialien benötigt. Die Forschergruppe aus Manchester kombinierte Graphen mit atomar dünnen Schichten aus Bornitrid und Molybdändisulfid zur Produktion der Transistoren. Die Transistoren bestehen aus mehreren hauchdünnen Schichten, die in gewünschter Reihenfolge angeordnet werden. Diese "Sandwich"-Superstruktur komme in der Natur nicht vor, so die Forscher. Das innovative Konzept biete ein neues Maß an Funktionalität, und der Tunneltransistor sei dabei die Hauptkomponente. "Die Demonstration des Transistors ist an sich schon ein wichtiger Schritt, noch bedeutsamer ist jedoch das Konzept der hauchdünnen Schichtung", erklärt Prof. Geim. Und Prof. Novoselov fügt hinzu: "Der Tunneltransistor ist nur ein Beispiel für die vielen Anwendungen für geschichtete Strukturen und neuen Komponenten, die sich damit herstellen lassen. Er bietet unendliche Möglichkeiten für die physikalische Grundlagenforschung und andere Anwendungen wie etwa Leuchtdioden, Photovoltaikanlagen u.a."Weitere Informationen erhalten Sie hier: University of Manchester: http://www.manchester.ac.uk/ Science: http://www.sciencemag.org/
Länder
Vereinigtes Königreich