IBM kommt 9-Nanometer-Halbleitern deutlich näher

ForschungInnovation
IBM (Bild: IBM)

Das Unternehmen verringert die Größe der Transistorkontakte auf 9 Nanometer, ohne dass dabei Leistung verloren geht. Dies ermöglicht für die Halbleiterherstellung die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren anstelle von Silizium. Allerdings wird die Technik dafür wohl erst in fünf bis zehn Jahren marktreif sein.

Bei der Fertigung von Halbleitern, bei denen Kohlenstoffnanoröhren das derzeit eingesetzte Silizium ersetzen sollen, hat IBM ein wichtiges Problem lösen können. Forscher des Unternehmens haben dafür ein Verfahren entwickelt, das die Verkleinerung von Transistorkontakten ermöglichen soll, ohne dass deren Leistung dadurch geschmälert wird. Einzelheiten dazu finden sich in der Oktober-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science.

carbon-nanotube2 (Bild: IBM)
Schematische Darstellung einer Kohlenstoffnanoröhre (Bild: IBM).

In einer Pressemitteilung von IBM heißt es dazu, neben dem Kanal müssten auch die Kontakte kleiner werden. Die damit verbundene Zunahme des Widerstands habe jedoch bis jetzt alle Leistungszuwächse zunichte gemacht. “Die Ergebnisse könnten die Probleme mit den Kontaktwiderständen bis hinunter zu 1,8 Nanometer-Knoten lösen – für die nächsten vier Technologiegenerationen.”

Transistoren aus Silizium würden zwar jedes Jahr kleiner, sie näherten sich jedoch ihren physikalischen Grenzen, führt IBM weiter aus. Kohlenstoffnanoröhren lieferten dagegen auch bei Strukturbreiten unter 10 Nanometern exzellente Ergebnisse. Chips aus Kohlenstoffnanoröhren seien in der Lage, die Fähigkeiten von High-Performance-Computern signifikant zu steigern, was eine schnellere Analyse von Big Data erlaube, Cloud-Rechenzentren effizienter mache und auch die Leistung von Mobilgeräten sowie Geräten im Internet der Dinge verbessere.

Die neuen von IBM eingesetzten Kontakte bestehen aus Molybdän. Sie werden in einem speziellen Verfahren an die Kohlenstoffnanoröhren “angeschweißt”, die wiederum horizontal auf einem Substrat angeordnet sind. Um das zu erreichen, generiert IBM mit einem konventionellen Lithografieverfahren zwei Kontakte, auf die das Molybdän aufgetragen wird. Unter hoher Temperatureinwirkung wird schließlich eine Reaktion ausgelöst, die das Metall mit den Kohlenstoffatomen verbindet.

Die für die Tests verwendeten Kohlenstoffnanoröhren haben einen Durchmesser von 12 Nanometern – die Kontakte sind etwa 9 Nanometer groß. IBM zufolge nimmt die Leistung eines solchen Transistors aber auch bei kleineren Strukturbreiten nicht ab. Der limitierende Faktor sei nun höchstens noch das Lithografieverfahren.

Intel hatte bereits früher erklärt, mit Optimierungen der herkömmlichen Siliziumtechnologie bis auf maximal 5 Nanometer heruntergehen zu können. Offen ist allerdings, inwieweit die Annäherung an die physkalischen Grenezn wirtschaftlich bleibt. Hewlett-Packard verfolgt einen etwas anderen, dritten Weg: Der Konzern arbeitet an sogenannten Memristoren. Dabei hat er in der jüngeren Vergangenheit einige Erfolge erzielt, die es inzwischen realistisch erscheinen lassen, dass in den nächsten Jahren erste darauf basierende Geräte auf den Markt kommen. Aufgrund ihrer geringen Grölße könnten sie zunächst in Geräten für das Internet der Dinge, später dann in Servern zum Einsatz kommen und deren Leistungsfähigkeit vervielfachen.

Bevor die Serienreife erreicht ist, sind allerdings noch weitere Probleme zu bewältigen. Dazu zählen die Kohlenstoffnanoröhren selbst, die noch immer nicht in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden können. Zudem ist es offenbar noch schwierig, die Röhren mit einer hohen Dichte auf einem Substrat anzubringen. Shu-Jen Han, Manager des IBM T.J. Watson Research Center, erwartet jedoch, dass Kohlenstoffnanoröhren Silizium bereits in fünf bis zehn Jahren in Halbleitern ersetzen können.

[mit Material von Stefan Beiersmann, ZDNet.de]

Tipp: Wie gut kennen Sie sich mit Prozessoren aus? Überprüfen Sie Ihr Wissen – mit dem Quiz auf silicon.de.

Anklicken um die Biografie des Autors zu lesen  Anklicken um die Biografie des Autors zu verbergen