Der kleinste Transistor der Welt' ist 1nm lang, Physik hin oder her

Die Größe der Transistoren ist ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Computertechnologie. Je kleiner die Transistoren sind, desto mehr kann man auf einem Chip unterbringen, und desto schneller und effizienter kann der Prozessor sein. Deshalb ist es eine große Neuigkeit, dass ein Team am Lawrence Berkeley National Laboratory erfolgreich ein funktionierendes 1 Nanometer langes Transistor-Gate gebaut hat, das nach Angaben des Labors der kleinste jemals hergestellte funktionierende Transistor ist.

Seit Jahren wird die Computerindustrie vom Mooreschen Gesetz beherrscht, das besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem Halbleiterschaltkreis alle zwei Jahre verdoppelt. Die aktuelle Generation verwendet 14nm-Technologie, 10nm-Halbleiter werden voraussichtlich 2017 oder 2018 mit Produkten wie Intels Cannonlake-Reihe auf den Markt kommen.

Aber wenn man in die Zukunft blickt, gerät das Mooresche Gesetz in Schwierigkeiten. Und mit Schwierigkeiten meine ich die Gesetze der Physik. Der 7nm-Knoten ist zwar technisch mit Silizium herstellbar, aber ab diesem Punkt gibt es Probleme, da Siliziumtransistoren, die kleiner als 7nm sind, physikalisch so dicht beieinander liegen, dass die Elektronen Quanten-Tunneling erleben. Anstatt in dem vorgesehenen Logikgatter zu verbleiben, können die Elektronen also ständig von einem Gatter zum nächsten fließen, was es den Transistoren im Grunde unmöglich macht, einen ausgeschalteten Zustand zu haben.

Und während Unternehmen wie Intel ursprünglich angekündigt hatten, dass sie andere Materialien für die Herstellung von 7-nm-Halbleitern und darüber hinaus erforschen würden, ist ihnen das Forschungsteam des Berkeley Lab zuvorgekommen, indem es Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Molybdändisulfid (MoS2 ) verwendet hat, um einen Sub-7-nm-Transistor herzustellen. Das MoS2 fungiert als Halbleiter, während das hohle Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Gate fungiert, um den Elektronenfluss zu steuern.

Das heißt, dass sich die Forschung hier noch in einem sehr frühen Stadium befindet. Bei 14 nm hat ein einziger Chip mehr als eine Milliarde Transistoren, und das Team des Berkley-Labors muss erst noch eine praktikable Methode für die Massenproduktion der neuen 1 nm-Transistoren entwickeln oder gar einen Chip mit ihnen herstellen. Aber als reiner Konzeptnachweis sind die Ergebnisse dennoch wichtig – sie zeigen, dass neue Materialien weiterhin kleinere Transistoren und damit mehr Leistung und Effizienz für die Computer der Zukunft ermöglichen können.