CPU-Power: Hochvakuum belebt Mooresches Gesetz

Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig haben die Grundlage für die Entwicklung einer neuen Chip-Generation gelegt. Mit dem neuen Fertigungsprozess soll das Mooresche Gesetz weiter Gültigkeit haben. Die vom Intel-Gründer Gordon Moore aufgestellte Regel besagt, dass sich die Komplexität integrierter Schaltkreise etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Inzwischen arbeitet man im Labor mit Strukturen von unter 20 Nanometern Größe. Bei der weiteren Verkleinerung treten zunehmend Probleme auf.

So kommt es wegen leichter Verunreinigungen mit einzelnen Atomen zu Leckströmen oder unerwünschten Widerständen. Mit einem neuen Fertigungsprozess ist es den Forschern an der PTB nun aber gelungen, Halbleiter mit einer fünffach höheren Reinheit zu erzeugen.

Die Herstellung gelingt derzeit aber nur in einem hochgradigen Vakuum von 0,00000000000003 Pfund pro Quadratzoll (2.07×10^-12 Hektopascal). Der durchschnittliche Athmosphärendruck liegt hingegen bei 14,7 Pfund pro Quadratzoll (1013,53 Hektopascal). Um ein solches Vakuum zu erreichen wird ein speziell angefertigtes System mit mehrstufigen Vakuumpumpen benötigt.

In dieser Umgebung lassen sich nun Kristallstrukturen aus einzelnen Atomen zu einem sehr dünnen und reinen Layer bilden. Die Basis bildet dabei eine Gallium-Arsen- oder Aluminium-Gallium-Arsen-Fläche. Spezielle Kühlflächen unterstützen den Prozess.

Bis der Prozess in der herkömmlichen Produktion eingesetzt werden kann, wird noch einige Zeit ins Land gehen. Vor allem die Konstruktion der benötigten Hochvakuum-Kammern und der in ihnen eingesetzten Fertigungsanlagen stellt die Ingenieure vor große Herausforderungen.

So werden nicht nur starke Pumpen benötigt, sondern auch besondere Materialien. Diese müssen gewährleisten, dass beim Abpumpen der Luft keine erneuten Verdampfungen auftreten, die das Vakuum verunreinigen. Herkömmliche Isolierungen aus Gummi oder Plastik an Stromkabeln können daher beispielsweise nicht genutzt werden.