Nanotechnologie verändert die WeltWas kommt nach dem Siliziumchip?

Bis zu 22 Nanometer klein – und dann?

Nanotechnologie verändert die Welt

Wenn Sie die sich Transistoren ansehen, die heute in 65-Nanometer-Fertigungsanlagen gebaut werden, und mit solchen aus dem 22-Nanometer-Bereich vergleichen, wie sie in 10 Jahren die Norm sein werden, wird sofort klar, dass die genauen Abmessungen des Transistors bei immer kleiner werdendem Gerät auch immer variabler werden. Das Problem mit variablen Transistoren ist, dass sie sich in unvorhergesehener Weise verhalten, vielleicht mehr Stromverluste erleiden oder später reagieren als andere auf demselben Chip – und auch weil ihre Ausfallswahrscheinlichkeit höher ist.

Ein anderes Problem hat mit der Größe von Atomen zu tun. Ein 22-nm-Prozess arbeitet mit Gate Lines, die 13 nm breit sind und eine physische Gatelänge von 9 nm haben. Allerdings sind die verwendeten Isolierschichten nur 1 nm oder 2 nm dick. Es ist also klar, dass die Silizium-Lithografie bei weniger als 22 nm nicht mehr funktioniert.

Elektronen als Bits

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Und damit sind wir in der Zukunft. Während herkömmliche elektronische Schaltkreise die Elektronen durch einen Stromleiter transportieren, nutzen Spintronik-Schaltkreise eine andere Eigenschaft der Elektronen, durch die mehr Leistung mit weniger Aufwand zu erreichen ist. Man weiß, dass Elektronen sich in zweierlei Zuständen, genannt Spin-up und Spin-down, befinden können, das entspricht einer Drehung im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn. Bekannt ist das schon seit 80 Jahren, aber es war eine zusätzliche Entdeckung nötig, um diese Erkenntnis konkret umzusetzen.

IBMs Nanobereichs-Forschung geht davon aus, dass in 10 bis 20 Jahren Spintronik dazu eingesetzt wird, nicht-flüchtige RAM-Chips zu produzieren. Es wird spekuliert, dass in ferner Zukunft eine einzelne Umdrehung eines Elektrons zur Speicherung von 1 Bit Daten verwendet werden kann. Außerdem sieht es so aus, als könnte die Drehung dazu genutzt werden, Schnittstellen zu beschleunigen, die Verarbeitungsleistung zu erhöhen und vielleicht für die Quantencomputer-Technik eingesetzt zu werden.

Molekulare Alternativen

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Andere Wissenschaftler arbeiten an einer Alternative zu Spintronik, genannt molekulare Elektronik oder ME. In Kurzform: Die Forscher fanden heraus, dass einzelne Atome einiger chemischer Substanzen dazu genutzt werden, elektronische Komponenten zu erzeugen. Dr. Heike Riel vom Züricher Forschungslaboratorium von IBM sagte, es ginge bei dieser Idee darum, zum Beispiel einen Gleichrichter in ein Molekül zu integrieren.

Auch diese Arbeit befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium, aber ME-Geräte könnten in der Lage sein, einzelne Moleküle zu nutzen, um Speicherzellen oder Transistoren zu erzeugen.

Kürzlich wurde von den IBM-Forschern ein Speicherelement aus einem einzigen Molekül erzeugt, das Daten für einige Minuten speichern konnte. Neben der Schwierigkeit, die richtige chemische Substanz zu finden, war aber das größte Problem, Drähte an den beiden Enden des Moleküls zu befestigen. Ob ich vielleicht die Ohr-Clips meiner Frau zur Verfügung stellen sollte?