Zweidimensionale Materialien könnten kleinere Transistoren ermöglichen

10. August 2020 12:29

Zürich/Lausanne - ETH- und EPFL-Forschende haben unter 1825 zweidimensionalen Materialien 13 vielversprechende Kandidaten identifiziert, mit denen sich winzige, leistungsstarke Nanotransistoren bauen liessen. Damit könnte die Miniaturisierung elektronischer Bauelemente einen neuen Schub erleben.

Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschulen Zürich (ETH) und Lausanne (EPFL) könnte es gelungen sein, die Grenzen in der Halbleitertechnik zu verschieben. Laut einer Medienmitteilung identifizierten sie 13 zweidimensionale Materialien, die dem Moore'schen Gesetz doch noch eine längere Gültigkeitsdauer bescheren. Es besagt, dass sich die Komplexität integrierter Schaltkreise verdoppelt, je nach Quelle innerhalb von zwölf, 18 oder 24 Monaten.

Mit der zunehmenden Miniaturisierung der elektronischen Bauteile auf Siliziumbasis (Si-FinFets) hatten unerwünschte Quanteneffekte zugenommen, etwa Leckströme. Dass diese Nanotechnologie nun eventuell doch nicht an ihre Grenzen stösst, ist der Forschungsgruppe von Mathieu Luisier vom Institut für Integrierte Systeme (IIS) an der ETH und Nicola Marzari und seinem Team von der EPFL zu verdanken.

Ihre neue Studie geht davon aus, dass sie die Grundlage für neue, winzige Nanotransistoren gefunden haben: zweidimensionale Materialien. Dass die Forschung diese herstellen kann, weiss sie erst seit 2018. Damals identifizierte Marzari unter 100'000 Materialien 1825 als vielversprechende Komponenten für zweidimensionale Materiallagen. Erst mit dieser Arbeit wurde der Forschung bewusst, dass sie diese überhaupt herstellen kann. Luisier und sein Team erhielten für das dem Simulator zugrundeliegende Simulationsverfahren 2019 den Gordon-Bell-Preis für Supercomputing. 

Die neue Forschung beider Teams baut auf dieser Studie auf. Wie in ihrer vorangegangenen Arbeit nutzten sie auch diesmal den Piz Daint, einen von zwei der leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Er steht im Nationalen Hochleistungsrechenzentrum der Schweiz (CSCS) im Tessin. Unter den über 1800 Komponenten der ersten Studie suchten sie nach zweidimensionalen Materialien, die in Nanotransistoren die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Transistoren auf Siliziumbasis übertreffen. 

Sie fanden 13. Einige davon waren bereits bekannt, andere sind jedoch neu, betont Luisier. Damit könnte die Gültigkeit des Moore'schen Gesetzes weiter aufrechterhalten werden. „Wir haben eine der grössten Datenbanken von Transistormaterialien kreiert“, erklärt der ETH-Professor. „Mit diesen Ergebnissen hoffen wir, dass wir Experimentatoren, die mit 2-D-Materialien arbeiten, dazu motivieren, neue Kristalle zu exfolieren, um damit die künftigen logischen Schalter herzustellen.“ mm

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