Flüssiges Metall für bessere Mikrochips:
Durchbruch für 2D-Transistoren

Ein internationales Forscherteam hat eine neue Methode entwickelt, die die Herstellung leistungsfähigerer und kleinerer Mikrochips ermöglichen könnte. Diese Innovation verspricht, elektronische Geräte schneller und energieeffizienter zu machen.

Durchbruch: Gallium macht Mikrochips leistungsfähiger

Im Zentrum der Forschung stehen sogenannte 2D-Transistoren. Diese Bauteile basieren auf zweidimensionalen Halbleitermaterialien wie Molybdändisulfid (MoS2) oder Wolframdiselenid (WSe2), die nur wenige Atome dick sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-Transistoren versprechen 2D-Transistoren eine bessere Leistung bei gleichzeitiger Miniaturisierung.

Ein kritischer Bestandteil dieser Transistoren ist die isolierende Schicht, das Dielektrikum. Diese Schicht trennt die Gate-Elektrode vom halbleitenden Kanal und steuert den Stromfluss im Transistor. Bei 2D-Transistoren ist es besonders wichtig, dass diese dielektrische Schicht extrem dünn und gleichmäßig ist, um die einzigartigen elektronischen Eigenschaften der 2D-Materialien optimal zu nutzen.


Allerdings war es bislang schwierig, diese isolierende Schicht in der erforderlichen Qualität und Dicke herzustellen. Ein Forscherteam von der Nanyang Technological University in Singapur und der Nanjing University of Aeronautics and Astronautics in China nutzte nun einen überraschenden Ansatz: Sie verwendeten Gallium, ein Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Durch geschicktes Erhitzen und Abkühlen erzeugten sie eine hauchdünne, gleichmäßige Oxidschicht auf dem Halbleitermaterial.

Der Prozess beginnt damit, dass ein Tropfen flüssiges Gallium auf das Zielsubstrat aufgebracht wird. Anschließend wird dieser Tropfen ausgehärtet, wodurch eine dünne, feste Galliumschicht entsteht. Im nächsten Schritt wird die Probe schnell erhitzt, was das feste Gallium sofort zum Schmelzen bringt. Durch die hohe Oberflächenspannung des flüssigen Metalls zieht sich das geschmolzene Gallium zusammen und bildet automatisch eine native Oxidschicht, die gleichmäßig auf das Substrat abgelagert wird.

Einzigartige Vorteile

"Der einzigartige Vorteil unseres Ansatzes ist, dass er zur einfachen Herstellung einer ultradünnen und gleichmäßigen Oxidschicht mit hoher Qualität auf der Oberfläche von 2D-Halbleitern verwendet werden kann", erklärt Erstautor Kongyang Yi gegenüber Tech Xplore. Diese Schicht ist nur wenige Atome dick und dennoch frei von Defekten.

Erste Tests zeigten, dass Transistoren mit dieser neuen Schicht deutlich besser funktionieren als herkömmliche Modelle. Sie schalten schneller und verbrauchen weniger Energie. Dies könnte in Zukunft zu Mikrochips führen, die bei gleicher Größe mehr Rechenleistung bieten oder bei gleicher Leistung kleiner und stromsparender sind. Galliumoxid auf 2D-Transistor. Quelle: Kongyang Yi Die Forscher arbeiten nun daran, ihre Methode für die industrielle Produktion weiterzuentwickeln. Ziel ist es, ganze Wafer - die Scheiben, aus denen Mikrochips hergestellt werden - mit dieser Technik zu beschichten. Dies könnte den Weg für eine neue Generation von Elektronik ebnen, die schneller, effizienter und möglicherweise auch kostengünstiger ist.


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