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Molybdänit, ein neues und sehr vielversprechendes Material, übertreffen können die physikalischen Grenzen der Silizium. Wissenschaftler an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ( EPFL ) haben dies, indem die erste Molybdänit Mikrochip bewährt, mit kleineren und energieeffizienteren Transistoren.
Das Labor für Nanoscale Electronics and Structures ( LANES ) aus dem Chip oder integrierte Schaltung, die bestätigt, dass Molybdänit können die physikalischen Grenzen der Silizium in der Miniaturisierung, Stromverbrauch und mechanische Flexibilität zu übertreffen.
"Wir haben einen ersten Prototyp gebaut, Putting 2-6 serielle Transistoren im Platz, und gezeigt, dass grundlegende binäre Verknüpfungen möglich wäre, was beweist, dass wir einen größeren Chip zu machen", erklärt LANES Regisseur Andras Kis.
Anfang 2011 stellte das Labor das Potenzial von Molybdändisulfid (MoS2), eine relativ reichlich, natürlich vorkommendes Mineral. Seine Struktur und halbleitenden Eigenschaften machen ihn zu einem idealen Werkstoff für den Einsatz in Transistoren. Es kann somit in direktem Wettbewerb mit Silizium, dem am meisten eingesetzten Komponente in der Elektronik, und in einigen Punkten auch Konkurrenten Graphen.
"Der Hauptvorteil von MoS2 ist, dass es uns um die Größe der Transistoren zu verringern und damit zur weiteren Miniaturisierung ihnen ermöglicht", erklärt Kis. Es war nicht möglich, Schichten aus Silizium weniger als zwei Nanometer dick machen bis zu diesem Punkt, weil die Gefahr der Einleitung einer chemischen Reaktion, dass die Oberfläche oxidieren würden und Kompromisse ihre elektronischen Eigenschaften.
Molybdänit, auf der anderen Seite kann in Schichten nur drei Atome dick gearbeitet werden, die es ermöglichen, Chips, die mindestens drei Mal kleiner gebaut werden. An diesem Maßstab wird das Material noch sehr stabil und Leitung ist leicht zu steuern. MoS2-Transistoren sind auch effizienter. "Sie können auf-und ausgeschaltet werden viel schneller, und kann in eine umfassendere Standby-Modus versetzt werden", erklärt Kis.
Molybdänit ist auf einer Stufe mit Silizium in Bezug auf seine Fähigkeit, elektronische Signale zu verstärken, mit einem Ausgangssignal, das vier Mal stärker als das eingehende Signal. Dies beweist, dass es "ein erhebliches Potenzial für die Schaffung komplexer Chips", sagt Kis. "Mit Graphen, zum Beispiel, ist diese Amplitude etwa 1. Unterhalb dieser Schwelle, würde die Ausgangsspannung nicht ausreichen, um eine zweite, ähnliche Chips zu ernähren. "
Molybdänit hat auch die mechanischen Eigenschaften, dass es interessant als mögliche Material für den Einsatz in der flexiblen Elektronik, wie schließlich bei der Gestaltung von flexiblen Folien von Chips zu machen. Diese könnten zum Beispiel verwendet, um Computer, die eingerichtet werden könnte gerollt oder Geräte, die auf der Haut befestigt werden konnte herzustellen.
Neue TransistorenMolybdänit soll Graphen schlagen Wissenschaftler der ETH Lausanne haben nach eigenen Angaben ein Material für Halbleiter gefunden, das sogar noch effizienter als das Nobel-prämierte Graphen sein soll. In künftigen Transistoren soll Molybdänit zum Einsatz kommen.
Einer der größten Vorteile von Silizium, heute Basisstoff für alle Halbleiter, ist seine große Elektronenbeweglichkeit: Transistoren aus Silizium können schnell schalten. Dennoch lässt sich für mehr Funktionen und damit mehr Rechenleistung Silizium nicht beliebig verkleinern, auch wenn die Verkleinerung der Strukturbreiten in den vergangenen Jahren dem Anschein nach wie von selbst immer weiter voranschritt. Schon jetzt, bei 32 Nanometern in Serienfertigung für Prozessoren, sind einige Teile eines Transistors nur noch wenige Atomlagen dick.
Daher sind Wissenschaftler in aller Welt auf der Suche nach anderen Materialien. Als einer der aussichtsreichsten Kandidaten gilt Graphen, dessen Entdecker dafür 2010 auch den Nobelpreis erhielten. Ein Team um Andras Kis, Professor an der ETH Lausanne, hat nun verkündet, es habe eine noch bessere Alternative gefunden.
1/1 Der gesamte MOS2-Transistor (Bild: ETH Lausanne)
Das Mineral Molybdänit, das Kis vorschlägt, lässt sich, ähnlich wie Graphen, in nur einer Atomlage herstellen. Diese ist nur 0,65 Nanometer dick und soll die gleiche Elektronenbeweglichkeit wie eine Siliziumschicht mit 2 Nanometern aufweisen. Zudem sollen die Leckströme sogar um den Faktor 100.000 geringer sein. In seinen bisher nur als Modell existierenden Transistoren verwendet Kis mit Hafniumdioxid auch ein Material, das auch in aktuellen Serienprozessoren zum Einsatz kommt. Silizium dient weiterhin als Träger.
Wie der Wissenschaftler in einer Mitteilung der Hochschule angibt, sollen sich die Molybdänit-Transistoren vor allem für LEDs und Solarzellen eignen - von Transistoren für komplexe Halbleiter wie Prozessoren ist noch nicht die Rede. Die Forscher haben ihre Ergebnisse auch in der aktuellen Ausgabe von Nature Nanotechnology veröffentlicht.
http://www.golem.de/1101/81082.html