Gestapelte Power: Forscher bauen 3D-Transistoren aus 2D-Halbleitern

Die Zukunft der Computerchips könnte dreidimensional und atomar dünn sein. Ein Forscherteam entwickelte ein Konzept für winzige 3D-Transistoren aus neuartigen Materialien, das die Grenzen herkömmlicher Elektronik überwindet.

3D-Transistoren aus 2D-Materialien

Transistoren sind die Grundbausteine moderner Elektronik. Sie funktionieren wie winzige Schalter und steuern den Stromfluss in elektronischen Geräten. Bisher wurden sie hauptsächlich aus Silizium hergestellt. Forscher der Universität Kalifornien Santa Barbara setzen nun auf sogenannte zweidimensionale (2D) Halbleiter. Diese Materialien sind extrem dünn - oft nur eine Atomlage dick - und haben besondere elektronische Eigenschaften.

Das Team entwarf eine neue Transistor-Architektur namens Nano-Plate FET (NPFET). Diese nutzt die Dünne der 2D-Materialien und stapelt sie vertikal. So lassen sich mehr Transistoren auf kleinerem Raum unterbringen. Die Forscher berichten von einer bemerkenswerten Verbesserung: Ihre 2D-Nanoplate-Transistoren könnten eine fast zehnfache Steigerung der Integrationsdichte und des Antriebsstroms - also der bereitstellbaren Leistung für Schaltungen - im Vergleich zu herkömmlichen 3D-Transistoren auf Silizium-Basis erreichen - und das bei gleicher Grundfläche.

Wir konnten zeigen, dass diese 3D-Transistoren aus 2D-Halbleitern eine bessere Leistung als Silizium-Transistoren erreichen können.

Für ihre in Nature Electronics veröffentlichte Studie führten die Wissenschaftler komplexe Computersimulationen durch. Dabei berücksichtigten sie wichtige physikalische Effekte, die das Verhalten der winzigen Bauteile beeinflussen. Als besonders vielversprechend erwies sich das Material Wolframdisulfid (WS2) bei einer Größe von nur 7 Nanometern.

Next Steps

Das Team plant nun, mit Industriepartnern zusammenzuarbeiten, um die Forschungsergebnisse in die Praxis umzusetzen. Wenn dies gelingt, könnten wir in Zukunft dank neuartiger Chips Smartphones, Computer und andere elektronische Geräte mit deutlich verbesserter Leistung und längerer Akkulaufzeit in den Händen halten.


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