Extreme Spannung bringt schnellere Transistoren

Silizium, Mineral, Gestein Bildquelle: images-of-elements.com
Durch ein neues Verfahren kann die Verspannung von Silizium deutlich weiter getrieben werden als bisher. Dadurch könnte die Chipindustrie eine Grundlage für die Entwicklung deutlich leistungsfähigerer Transistoren erhalten.
Zieht man ein Stück Silizium auseinander, erzeugt man in dessen Inneren eine mechanische Spannung, die die elektronischen Eigenschaften des Materials deutlich verbessert. In der Chipherstellung wird diese Methode schon seit längerem eingesetzt. Forscher des Paul Scherrer Instituts und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie in einer Siliziumschicht 30 Nanometer dünne, verspannte Drähte erzeugen können. Deren Spannung ist die höchste, die bislang in einem Material beobachtet worden ist, das als Grundlage für Elektronikbauteile dienen kann.

Ziel sei es, auf Basis solcher Drähte leistungsfähige Transistoren für Mikroprozessoren herzustellen, teilen die Forscher mit. Bei dem Verfahren beginnt man mit einer dünnen Siliziumschicht, die durch Befestigung auf einer Unterlage schon eine Spannung hat. Durch gezieltes Wegätzen des umgebenden Materials erzeugten die Wissenschaftler in der Siliziumschicht den dünnen Draht, der wie eine winzige Brücke über einer Schlucht hängt und an ihrer schmalsten Stelle die höchste Spannung aufweist.

Die Möglichkeiten, Mikroprozessoren auf Siliziumbasis leistungsfähiger zu machen, indem man deren einzelne Bauteile immer kleiner macht, stossen allmählich an ihre Grenzen. Deshalb bildet die Suche nach Materialien, die eine bessere Grundlage bieten, einen Schwerpunkt in der Forschung. Eine Zugverspannung, mit der die Beweglichkeit von Elektronen erhöht wird, bietet hier einen Ansatz.

"Es ist an sich keine Kunst, einen Draht zu verspannen - man könnte einfach an beiden Enden kräftig ziehen", erklärte Hans Sigg vom Labor für Mikro- und Nanotechnologie am Paul Scherrer Institut. "Das Problem ist, dass man einen solchen Draht in dem verspannten Zustand in ein elektronisches Bauteil einbauen muss."

Mit ihrem nun entwickelten Verfahren, können die Forscher Siliziumdrähte erzeugen, die fest mit dem umgebenden Material verbunden sind und eine Spannung aufweisen, die mehr als doppelt so gross ist wie die, die in heute verfügbaren Bauteilen genutzt wird. Als Ausgangsmaterial haben sie industriell hergestellte Substrate mit leicht verspannter Siliziumschicht auf einer Siliziumoxidunterlage benützt.

"Das war uns sehr wichtig, denn damit zeigen wir, dass unser Verfahren verträglich ist mit den in den Chip-Fabriken gebräuchlichen Materialien und Herstellungsverfahren", so Sigg. Die entstehenden Drähte sind 30 Nanometer breit und 15 Nanometer dick und nur an den beiden Enden mit dem Rest des Materials verbunden. Das Verfahren ist dabei sehr zuverlässig. "Und es ist skalierbar, das heisst, man kann die Teile mit diesem Verfahren im Prinzip beliebig klein machen", betonte Sigg. Silizium, Mineral, Gestein Silizium, Mineral, Gestein images-of-elements.com
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