China schafft Durchbruch bei nervenähnlichen Transistoren

Ein Forscherteam aus China hat einen neuartigen Transistor vorgestellt, der als der weltweit kleinste und zugleich energieeffizienteste seiner Art gilt. Er könnte einige Probleme aktueller Computing-Anwendungen zumindest mildern.

Ideal für KI-Hardware

Die Entwicklung des Transistors könnte insbesondere eine Schlüsselrolle bei der nächsten Generation leistungsstarker KI-Hardware spielen, ohne den Stromverbrauch in ungeahnte Höhen zu katapultieren. Federführend waren Wissenschaftler der Peking University um Qiu Chenguang sowie Peng Lianmao, Mitglied der Chinese Academy of Sciences. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Im Mittelpunkt der Arbeit stehen sogenannte ferroelektrische Transistoren (FeFETs). Diese Bauelemente vereinen Datenspeicherung und -verarbeitung in einer einzigen Einheit - ähnlich wie Nervenzellen im menschlichen Gehirn. In herkömmlichen Chips sind diese Funktionen räumlich getrennt, was zu Verzögerungen und höherem Energieverbrauch beim Datentransfer führt. FeFETs gelten deshalb als vielversprechender Ansatz für neuromorphe, also gehirninspirierte Computerarchitekturen.


Bislang hatten solche Transistoren jedoch mit praktischen Hürden zu kämpfen. Vor allem die vergleichsweise hohe Betriebsspannung von rund 1,5 Volt zum Schreiben und Löschen von Daten erschwerte die Integration in moderne Logikschaltungen, die meist mit weniger als 0,7 Volt arbeiten. Das chinesische Team setzte genau hier an und optimierte die Struktur des Transistors grundlegend.

Deutlich weniger Spannung

Durch hochpräzise Fertigungstechniken gelang es den Forschern, die Gate-Elektrode auf lediglich ein Nanometer zu verkleinern. Diese atomar genaue Skalierung erzeugt ein starkes elektrisches Feld in der ferroelektrischen Schicht, sodass der Transistor bereits bei einer Spannung von nur 0,6 Volt zuverlässig arbeitet. Der Energieverbrauch liegt laut Angaben der Entwickler bei etwa einem Zehntel der bislang international niedrigsten Vergleichswerte. Zudem erreicht das Bauelement rasante Speicherzugriffe mit Reaktionszeiten von bis zu 1,6 Nanosekunden.

Nach Angaben der Universität wurden die zugrunde liegenden Design- und Herstellungsverfahren bereits patentiert. Die Forscher sehen in ihrer Entdeckung einen Beleg dafür, dass FeFETs bei weiterer Miniaturisierung unerwartete Vorteile entfalten. Perspektivisch könnten solche Transistoren sowohl energieeffiziente Rechenzentren ermöglichen als auch den Weg für besonders leistungsfähige KI-Chips der nächsten Generation ebnen. Wie gut die Massenproduktion funktionieren wird, ist aber noch unklar.


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