IBM ebnet den Weg für viele weitere Jahre nach dem Mooreschen Gesetz

Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Carbon Nanotubes, CNTs Bildquelle: University of Southern California
Immer wieder lassen die kleiner werdenden Chip-Strukturen die Befürchtung aufkommen, dass die physikalischen Grenzen nach unten erreicht sind. Und wieder einmal scheint es derzeit zu gelingen, eine Lösung zu finden, ohne auf komplett neue Technologien setzen zu müssen, die noch weit von der Praxis entfernt sind.

IBM: Chips mit Kohlenstoff-NanoröhrchenStruktur von Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Durch die weitergehende Miniaturisierung der Chip-Strukturen, die aus einem Silizium-Wafer herausgeholt werden, ließ sich bisher über Jahrzehnte das im Mooreschen Gesetz gegebene Versprechen einlösen, dass sich die Zahl der Transistoren und damit auch die Leistungsfähigkeit von Prozessoren alle anderthalb bis zwei Jahre verdoppelt. Trotz des Einsatzes immer besserer Verfahren und Materialien sah man das Ende dessen nun aber wirklich kommen.

Denn das Problem besteht darin, dass die immer dünner werdenden Leitungen auf dem Chip einen immer größeren elektrischen Widerstand erzeugen. Infolge dessen kommt man irgendwann an den Punkt, an dem immer weniger Energie durchgeleitet und stattdessen in Wärme umgewandelt wird. Weiterhin steigt die Gefahr, dass Leckströme zu Kurzschlüssen führen und die Funktionsweise des Chips massiv beeinträchtigen, mit kleiner werdenden Strukturen stetig an.

Eine theoretische Lösung des Problems gibt es im Grunde schon länger. Seit vielen Jahren experimentieren Forscher recht erfolgreich mit den so genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Dabei handelt es sich quasi um kleine Rohre mit einer Wand aus Graphen - also einer einzigen Schicht von Kohlenstoff-Atomen, die sich in einer Wabenstruktur verbunden haben. Durch diese Röhrchen fliegen Elektronen quasi ohne nennenswerten Wiederstand hindurch.



Den "Haar-Ball" entwirren

Allerdings stand dem praktischen Einsatz ein großes Hindernis im Weg: Die Nanoröhrchen können inzwischen zwar relativ sicher hergestellt werden, im Ergebnis liegen sie dann aber in einer Form vor, die laut den Forschern an einen sehr winzigen Haar-Ball erinnert - zahlreiche der sehr kleinen Fasern sind ineinander verschlungen.
IBM: Chips mit Kohlenstoff-NanoröhrchenVerbindungen zwischen Metall-Leitern und Nanotubes
Nun ist es den Wissenschaftlern bei IBM aber gelungen, die Nanoröhrchen dazu zu bringen, sich auf einem Silizium-Wafer ordentlich nebeneinander zu legen, wie sie im Journal Science berichten. Dadurch können sie mit den gewohnten Chip-Strukturen verbunden und beispielsweise als Transistoren eingesetzt werden. In einigen Jahren, so die Prognose, wird man mit dem Verfahren in der Massenproduktion Verbindungen herstellen können, bei denen die metallischen Leiterbahnen und die Nanoröhrchen nur noch rund 40 Atome dick sind. Drei Jahre später will man den Prozess so weit optimiert haben, dass die Strukturen nur noch 28 Atome dick sein müssen.

Dario Gil, Leiter der Forschungsabteilung bei IBM beschreibt die Andersartigkeit des neuen Fertigungsverfahrens gegenüber dem derzeitigen Chip-Processing wie folgt: "In der Vergangenheit haben wir uns in Marmor hineingeschnitten, um eine Statue anzufertigen. Mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beginnt man mit Staub und man muss einen Weg finden, diesen zu einer Statue zusammenzufügen." Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Carbon Nanotubes, CNTs Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Carbon Nanotubes, CNTs University of Southern California
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