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Technology Review

Exotisches Material könnte Silizium ablösen

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Wissenschaftler am Watson-Forschungszentrum von IBM haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich die Leistungsfähigkeit von Graphen-Transistoren aus monomolekularen Kohlenstoff-Schichten massiv steigern lässt. Das Material könnte wegen seiner exzellenten elektronischen Eigenschaften Silizium ablösen, berichtet Technology in seiner aktuellen Ausgabe 04/08 (seit dem 20. 3. am Kiosk oder hier portokostenfrei online zu bestellen).

Graphen ist im Prinzip eng verwandt mit dem Grafit in Bleistiften, besteht jedoch nur aus jeweils einer einzigen atomaren Lage Kohlenstoff. Erst 2004 konnten Graphen-Plättchen erstmals hergestellt werden. Da die Ladungsträgerbeweglichkeit extrem hoch ist, könnten Graphen-Transistoren theoretisch bis zu tausendmal schneller sein, als es die heutige Siliziumtechnik erlaubt. Die Wissenschaftler konnten bei Graphen bereits exzellente elektrische Eigenschaften in einer Transistorschaltung zeigen. Unternehmen wie IBM, HP und Intel interessieren sich daher für das exotische Material.

Allerdings hat Graphen auch Nachteile: Im Gegensatz zu Silizium übertragen Graphen-Transistoren auch im ausgeschalteten Zustand noch Elektronen. Ein Chip aus Milliarden solcher Transistoren würde deshalb massiv Energie verschwenden. Erst kürzlich ist es Forschern der Stanford University gelungen, enorm dünne Stränge aus dem auf Kohlenstoff basierenden Material Graphen zu erzeugen und das Material so erstmals für Transistoren nutzbar zu machen.

Doch solche Transistoren rauschen wegen der hohen Ladungsträgerbeweglichkeit sehr stark. Yu-Ming Lin, der an dem IBM-Projekt zusammen mit seinem Kollegen Phaedon Avouris arbeitete, entdeckte, dass zwei Graphen-Schichten übereinander angeordnet das Problem überraschenderweise deutlich reduzieren. Offenbar koppeln sich Ströme, die durch beide Schichten fließen, aneinander – jedes Elektron wird mit einer positiven Ladung gepaart. So blieben sie auf Kurs, sagt Lin. Dem Paar können dann zufällige positive oder negative Ladungen im Substrat nichts mehr anhaben.

Schon vorher dürfte Graphen einsetzbar sein als extrem gut leitende, transparente Beschichtung für Solarzellen oder als Ersatz für das teure Indiumzinnoxid, aus dem Leiterbahnen auf den Glasträgern von Displays gefertigt werden.

Siehe dazu:

(wst)