Halbleiterhersteller setzen auf Röhrchen aus Kohlenstoff
Nanotubes machen Chips schneller

Winzige Röhrchen aus Kohlenstoff sollen den Generationswechsel in der Mikroelektronik einläuten. Mit den so genannten Nanotubes könnten Chips künftig wesentlich leistungsfähiger werden.

HB DÜSSELDORF. Chiphersteller weltweit knüpfen ihre Hoffnungen an Carbon Nanotubes, an winzige Röhrchen aus Kohlenstoff. "Da Nanotubes viel kleiner als vergleichbare Transistoren aus Silizium sind, lassen sich mit ihnen mehr Transistoren auf einem Chip unterbringen", erläutert Wolfgang Höhnlein, Leiter der Nanotube-Forschung beim Halbleiterhersteller Infineon, einen wesentlichen Vorteil der neuen Technik. Die Folge: Die Leistung der Elektronikbausteine wird deutlich steigen.

Die Kohlenstoffröhrchen bestehen aus Grafit - dicht gepressten Schichten aus Kohlenstoff, die eine wabenförmige Molekülstruktur aufweisen. Zusammengerollt ergibt eine dieser winzigen Schichten ein kleines Kohlenstoffröhrchen mit nur rund einem Milliardstel Meter Durchmesser. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Carbon Nanotubes haben es in sich: Sie sind extrem reißfest und stabil. Ihre wichtigste Eigenschaft ist jedoch die elektrische Leitfähigkeit. Rollt man die Schicht aus Kohlenstoff zusammen, dann leitet sie Strom. Formt man die wabenförmige Molekülstruktur zu einer Spirale, wird die Nanotube zum Halbleiter. Dadurch könnten die Kohlenstoffröhrchen theoretisch als Transistor beim Bau von Chips verwendet werden.

Da die Nanotubes gleichzeitig auch gute Wärmeleiter sind, könnten sie das Problem der Überhitzung eines Chips bzw. der bisher notwendigen Kühlung lösen. Die entstehende Wärme würde direkt über den Transistor abgeleitet. Auch die Temperaturstabilität von bis zu 2 800 Grad Celsius im Vakuum setzt neue Maßstäbe. So könnte mehr Strom durch die kleineren Leitungen innerhalb des Chips transportiert werden, wodurch sich die Leistungsfähigkeit des Chips um ein vielfaches erhöht. - Leitungen aus Kupfer, mit denen die Chips heute verdrahtet werden, würden bei ähnlichen Temperaturen schlicht verdampfen.

Eine weitere besondere Eigenschaft macht sich der koreanische Hersteller Samsung bei der Herstellung neuer Flachbildschirme zunutze. Wird an das Ende einer Nanotube Spannung angelegt, emittiert diese Elektronen. Den Samsung-Forschern ist es gelungen, jedes einzelne Bildschirmpixel durch ein Elektronen emittierendes Nanotube zu speisen. Im nächsten Jahr sollen erste Flachbildschirme mit dieser Technologie für den TV-Einsatz auf den Markt kommen. Im Gegensatz zu den bisher üblichen Flachbildschirmen verbrauchen die Bildschirme mit den kleinen Kohlenstoffröhrchen nur etwa die Hälfte an Energie.

Neben Samsung und Infineon beschäftigt sich auch der amerikanische IT-Konzern IBM mit der Nutzung der Nanotubes. Schwierig gestaltet sich bisher noch die Herstellung und Handhabung der winzigen Teilchen. Die Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoffmoleküle sind aufwendig: So wird bei einer Temperatur von 500 bis 800 Grad Celsius kohlenstoffhaltiges Gas in einen Ofen eingespeist. Katalysatorpartikel sättigen sich mit dem Kohlenstoff und sondern diesen später gezielt ab.

Da Nanotubes immer senkrecht zu einer Oberfläche wachsen, entstehen kleine längliche Bauteile. Mit Hilfe dieser Röhrchen verbinden Forscher bei Infineon bereits heute zwei Metallebenen eines Computerchips. "In drei bis fünf Jahren könnten Nanotubes schon in der Produkten eingesetzt werden", schätzt Höhnlein. Dem Chip werde man das dann nicht ansehen - " außer dass er sehr viel schneller sein wird".

Quelle: Handelsblatt

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