Forscher schaffen endlich die Herstellung eines Graphen-Halbleiters

Graphen zieht aufgrund seiner besonderen Eigenschaften schon länger das Interesse der Chipentwickler auf sich. Nun ist es tatsächlich zum ersten Mal gelungen, einen funktionierenden, skalierbaren Halbleiter aus dem Material zu fertigen.

Jetzt neu mit Bandlücke!

Graphen ist ein Material, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht und bei vergleichbarer Dicke stärker als Stahl ist. Es ist ein hervorragender elektrischer Leiter und sehr widerstandsfähig gegen Hitze und Säuren. Doch trotz seiner Vorteile ist es den Wissenschaftlern bisher nicht gelungen, einen funktionierenden Graphenhalbleiter zu entwickeln, der Strom nach Belieben leiten oder isolieren kann.

Das Kernproblem lag bisher darin, dass man noch keine Bandlücke in das Graphen bringen konnte. Diese ist dafür verantwortlich, dass Halbleiter den Strom mal gut und mal schlecht leiten. Frühere Forschungsarbeiten haben zwar gezeigt, dass Graphen in kleinem Maßstab wie ein Halbleiter wirken kann, aber es wurde noch nie auf eine Größe skaliert, die einen Computerchip praktisch machen würde.


Jetzt haben Forscher von der Georgia Tech in Atlanta Graphen mit einer Bandlücke hergestellt und sogar einen funktionierenden Transistor demonstriert - also einen Ein-/Ausschalter, der den Stromfluss entweder verhindert oder zulässt. Ihr Verfahren dürfte sich relativ leicht skalieren lassen, da es sich auf Techniken stützt, die denen zur Herstellung von Siliziumchips nicht unähnlich sind.

Wichtiger Ausgangspunkt

Die Wissenschaftler verwendeten Wafer aus Siliziumkarbid, die vorsichtig erhitzt wurden, sodass das Silizium vor dem Kohlenstoff verdampfte und eine Schicht Graphen auf der Oberfläche zurückblieb. Teamleiter Walter de Heer erklärte, dass die elektrischen Eigenschaften des Graphenhalbleiters weit besser seien als die von Siliziumchips. "Das ist so, als würde man beim Fahren von einer Schotterpiste auf eine Autobahn wechseln", sagte er.

Der Ansatz, von Siliziumwafern auszugehen, ist dabei wichtig, um letztlich schneller in die Praxis kommen zu können. Denn bestehende Fertigungslinien können zu einem guten Teil weitergenutzt werden. Trotzdem dürfte es noch einige Zeit dauern, bis aus dem nun erfolgten Durchbruch auch wirklich die ersten marktreifen Chips entstehen.


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