100-Gigahertz-Transistoren von IBM

Wissenschaftler am Watson Forschungszentrum von IBM haben Transistoren aus Graphen hergestellt, die zehn mal schneller schalten als die schnellsten Silizium-Transistoren. Details zu den aus Graphen hergestellten Transistoren beschreiben die Wissenschaftler um Phaedon Avouris in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Science.

Graphen besteht nur aus jeweils einer einzigen atomaren Lage von Kohlenstoff – ein Graphen-Plättchen ist also so etwas wie ein der Länge nach ausgerolltes Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Wissenschaftler um Andre Geim von der University of Manchester hatten 2004 erstmals Graphen-Plättchen hergestellt, indem sie den Stoff buchstäblich mechanisch abgeschält hatten.

Was die Wissenschaftler besonders fasziniert: Graphen ist ein zweidimensionales Material in einer dreidimensionalen Welt – der Leitungsmechanismus für elektrische Ladungen funktioniert bei ihm deshalb komplett anders als bei allen bekannten Metallen und Halbleitern. Das hat interessante Folgen: Die Ladungsträgerbeweglichkeit, die unter anderem die Schaltgeschwindigkeit eines elektronischen Bauteils definiert, liegt theoretisch bei 200.000 Quadratzentimetern pro Voltsekunde. Graphen-Transistoren könnten so bis zu tausendmal schneller sein, als es die heutige Siliziumtechnik erlaubt.

Den IBM-Wissenschaftlern gelang es nun, das Graphen auf einem Zwei-Zoll-Wafer aus Siliziumkarbid wachsen zu lassen, indem sie den Wafer auf rund 1400 Grad Celsius aufheizten. Anschließend legten sie eine dünne Polymerschicht über das Graphen, auf die dann die Transistor-Elektroden und ein Dielektrikum aufgebracht wurden. Nach Auskunft von Avouris will IBM nun die Performance der Transistoren weiter verbessern, indem die Strukturen verkleinert werden – die bisher gezeigten Transistoren haben eine vergleichsweise große Strukturbreite von 240 Nanometer. Die ersten Anwendungen werden wahrscheinlich militärischer Natur sein – zumindest fördert auch die DARPA das Forschungsprojekt. (wst)