Schneller, weniger Energie:
China zeigt Chip ohne Silizium-Technologie

China hat in der Chipentwicklung einen entscheidenden Fortschritt erzielt: An der Universität Peking hat man eine neue 2D-Tran­sis­tor­tech­no­lo­gie entwickelt, die ohne das bisher übliche Silizium aus­kommt. Für das Land könnte dies langfristig wichtig werden.

Auf Bismut-Basis

Laut eines Papers, das in Nature Materials veröffentlicht wurde, ist der neuartige Transistor um 40 Prozent schneller als die modernsten 3-Nanometer-Siliziumschaltungen von Intel und TSMC und benötigt dabei 10 Prozent weniger Energie. Dies würde es China ermöglichen, die technologischen Hürden der Siliziumchip-Herstellung zu umgehen.

""Es ist der schnellste und effizienteste Transistor aller Zeiten", heißt es in einer offiziellen Mitteilung der Universität. Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Peng Hailin aus dem Bereich physikalischer Chemie sieht in seiner Entwicklung eine grundlegende Neuorientierung der Halbleitertechnologie. Während Innovationen im bestehenden Silizium-Design nur schrittweise Fortschritte ermöglichen, vergleicht Peng den Einsatz von 2D-Materialien mit einem "Spurwechsel" in der Chipentwicklung.


Der zentrale Fortschritt liegt in einem Bismut-basierten Transistor, der die leistungsstärksten kommerziellen Chips von Intel, TSMC, Samsung und dem belgischen Interuniversity Microelectronics Centre übertrifft. Während Siliziumtransistoren an ihre Miniaturisierungsgrenzen stoßen, bietet das neue Design eine effizientere Alternative.

Aus der Not heraus

US-Sanktionen haben Chinas Zugang zu modernsten Siliziumtechnologien eingeschränkt. Diese Einschränkungen hätten laut Peng jedoch auch dazu geführt, dass chinesische Forscher alternative Lösungen entwickeln mussten. Langfristig könnte China hier also eine eigene Chip-Industrie aufbauen, bei der man von Prozesstechnologien aus dem Ausland unabhängig ist.

Sie nutzten nun eine neue Transistorstruktur, die als "Gate-All-Around Field-Effect Transistor" (GAAFET) bekannt ist. Diese Struktur ersetzt das seit 2011 dominierende FinFET-Design und verbessert die Kontaktfläche zwischen Gate und Kanal. Um die Leistungsfähigkeit weiter zu optimieren, griff das Team auf zweidimensionale Halbleitermaterialien zurück. Diese haben eine gleichmäßige atomare Dicke und eine höhere Flexibilität als Silizium.

Bislang scheiterten viele Versuche, 2D-Materialien in Transistoren einzusetzen, an strukturellen Problemen. Die Forscher konnten diese Hürden jedoch durch den gezielten Einsatz von Bismut-Verbindungen wie Bi2O2Se und Bi2SeO5 überwinden. Diese Materialien verringern Energieverluste, senken die Spannungserfordernisse und steigern die Rechenleistung.


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