Der bislang kleinste Transistor
Wissenschaftler der Bell Labs konnten mit existierenden Herstellungsverfahren einen Transistor in der Größe von 50 Nanometern herstellen
Wissenschaftler der Bell Labs haben den bislang kleinsten Transistor hergestellt. In den Bell Labs wurde 1947 auch der erste Transistor erfunden. Bei dem 50-Nanometer-Transistor, der etwa 2000 Mal kleiner als die Dicke eines menschlichen Haars ist, handelt es sich um einen sogenannten vertikalen Transistor, weil alle seine Komponenten in der Tiefe eines Silizium-Halbleiters geschichtet sind.
Die heute üblichen Transistoren sind etwa 180 Nanometer groß. In ihnen fließt der Strom horizontal, und sie besitzen nur ein Gatter, während der neue Transistor zwei Gatter hat, was nach Auskunft der Erfinder ermöglicht, dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Chips verdoppelt werden könnte.
Normalerweise werden Siliziumchips durch Lithografie hergestellt, doch wenn die Transistoren immer kleiner werden, ergeben sich damit bei den immer kleineren Strukturen Probleme. Die Wissenschaftler verwendeten zur Herstellung des Transistors ein Verfahren, bei dem hauchdünne Schichten übereinander in Nanometergröße sehr genau und einfach auftragen werden: "Stellen Sie sich vor, dass Sie eine Farbtube und einen dicken Pinsel haben und aufgefordert werden, einen möglichst dünnen Strich zu malen", erklärt Jack Hergenrother von den Bell Labs. "Wenn man versucht, den Strich mit der Hand zu malen, dann wäre dies mit der Benutzung des Lichts vergleichbar. Wenn man jedoch eine glatte Fläche bemalt, sie vertikal schneidet und dann von der Seite auf sie sieht, wird man einen Strich sehen, der so dünn ist wie die Farbschicht. Ein ähnliches Prinzip haben wir bei unserem Transistor verwendet, um die bislang kleinsten Gatter in der von der Industrie verlangten Genauigkeit herzustellen." Im Prinzip könne man die Transistoren auch auf 30 Nanometer verkleinern.
Ein weiteres Problem der Miniaturisierung stellen die Isolierschichten zwischen dem Gatter eines Transistors und dem Kanal dar, durch den der Strom fließt. Wenn die Isolierschicht aus Silizium-Dioxid aber zu dünn wird, dann werden die Gatter nicht nur unterschiedlich groß, sondern können auch Elektronen entweichen, was zu einem höheren Strombedarf führt und die Chips fehleranfällig macht. Verwendet man andere Materialien für die Isolierschicht, so ist das problematisch, weil dieses Materialien empfindlich für die Hitze sind, die bei der Herstellung von Halbleitern entsteht. Der vertikale Transistor umgeht dieses Problem, indem Gatter und Isolierschicht erst dann aufgetragen werden, wenn die mit großer Hitze verbundenen Produktionsschritte bereits abgeschlossen sind.
Die Wissenschaftler glauben, mit ihrem Verfahren einen Durchbruch geleistet zu haben, durch den es möglich werden könnte, zusätzliche Transistorenschichten auf Chips aufzutragen, wodurch die Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit enorm gesteigert werden kann. Überdies hätten sie mit ihrem Transistor bewiesen, dass die Vermutungen, die Halbleiterindustrie würde in den nächsten Jahren auf Grenzen der Miniaturisierung stoßen, unbegründet seien.
Wissenschaftler der Yale und der Rice University haben hingegen die Herstellungsmöglichkeit von elektronischen Schaltkreisen in der Größe eines Moleküls demonstriert demonstriert, wodurch ebenfalls kleinere und billigere Computer möglich würden. "Die letzte Grenze für die Miniaturisierung eines Schaltkreises ist die molekulare Ebene", sagt Mark Reed von der Yale University. "Wir verwendeten auch eine Herstellungsmethode, die es möglich macht, die Kosten künftiger Mikroschaltkreise radikal zu senken." Anstatt der Lithographie setzten die Wissenschaftler ein Verfahren der "Selbstorganisation" ein. Es gebe allerdings noch eine ganze Reihe von Problemen zu lösen, um ein industrielles Produktionsverfahren zu entwickeln, aber die in der Science-Ausgabe vom 19.11. beschriebene Methode zeige das Prinzip und die fundamentalen Grenzen dessen auf, was man tun könne.