Wie man einen Nanocomputer baut

Forscher bei IBM haben eine interessante Methode entwickelt, um schnellere und vor allem kleinere Transistoren für Computerchips herzustellen.

Einem Wissenschaftlerteam ist es gelungen, 10.000 Transistoren aus Kohlenstoffnanoröhrchen auf einem Siliziumprozessor zu vereinen. Die Arbeit der Forscher von IBM Research könnte helfen, die Grenzen der Miniaturisierung bei herkömmlichen Produktionsverfahren in der Chipherstellung zu überwinden und zu kleineren, schnelleren und vor allem effizienteren Rechnern führen.

Ältere Studien von IBM zeigen, dass Nanoröhrchen-Transistoren einen Chip im Vergleich zu Silizium-Transistoren bis zu dreimal schneller machen könnten – bei einem Drittel des Stromverbrauchs. Aufgrund ihres geringen Durchmessers von nur zwei Nanometern könnten die Nanoröhrchen zumindest theoretisch deutlich mehr Transistoren auf einem Chip erlauben, als dies mit der Siliziumtechnik möglich ist. Die Herausforderung besteht nun darin, die Nanoröhrchen so auf dem Silizium zu platzieren, dass sie auch in Transistorformation nutzbar sind. Doch das stellte bislang ein großes technisches Problem dar.

Die Forscher am T.J. Watson Research Center in Yorktown Heights gingen deshalb nun einen neuen Weg: Sie ätzen klitzekleine Gräben in das Silizium und nutzen einen mehrstufigen Prozess, um die Halbleiter-Nanoröhrchen anschließend präzise auszurichten. Dann werden die notwendigen Metallkontakte zur Anbindung aufgebracht. Die Firma hofft, dass dieser auf einem Siliziumsubstrat basierende Prozess eines Tages in die herkömmliche Chipherstellung integriert werden könnte – in Form weniger Zusatzschritte.

Die Prototypen der Forscher enthalten Nanoröhrchen-Transistoren, die 150 Nanometer voneinander entfernt stehen. Damit sich das neue Verfahren durchsetzt, muss dieser Abstand schnell weiter schrumpfen, um geringer zu sein als bei herkömmlichen Silizium-Transistoren. Das müsste auch über mehrere Generationen gelingen, mindestens zehn Jahre lang. "Wir müssen einzelne Nanoröhrchen-Schichten anlegen können, die nur wenige Nanometer voneinander entfernt sind", sagt Supratik Guha, Direktor für Physikwissenschaften bei IBM Research.

Seine Gruppe muss zudem herausfinden, wie sich einzelne elektrische Kontakte herstellen lassen, die als vertikale Pfosten im Nanomaßstab entstehen – für Milliarden von Transistoren. Schließlich muss noch ein Weg gefunden werden, überhaupt genügend ultrareine Halbleiter-Kohlenstoffnanoröhrchen zu erzeugen.

Bis das alles erreicht ist, wird es noch mindestens fünf bis zehn Jahre dauern, sagt Guha. "Nanoröhrchen sind aber ein exzellenter Kandidat dafür, die Miniaturisierung in der Mikroelektronik im heutigen Tempo aufrecht zu halten." (bsc)