Taktraten-Rekord von IBM und Georgia Tech

Forscher von IBM und dem Georgia Institute of Technology haben den ersten Silizium-basierten Chip vorgeführt, der bei Frequenzen oberhalb von 500 Gigahertz (GHz) – das entspricht 500 Milliarden Taktzyklen pro Sekunde – arbeiten kann. Dabei wurde der Chip tief gefroren auf 4,5 Kelvin (circa Minus 268,5 Grad Celsius), eine Temperatur nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt. Solche extrem kalten Temperaturen herrschen in der Natur nur im Weltraum, können aber auf der Erde künstlich erzeugt werden durch ultra-tief gekühlte Materialien wie flüssiges Helium.

Im Vergleich sind die erreichten 500 Gigahertz Taktrate mehr als 250mal schneller als die bei Chips heutiger Mobiltelefone, die typischerweise mit rund 2 GHz operieren. Computersimulationen deuten darauf hin, daß Silizium-Germaniun (Sige)-Technologie bei der Verwendung in Chips einmal vielleicht sogar noch höhere Taktfrequenzen erlauben könnte (bis zu 1000 GHz, also einem Terahertz), möglicherweise sogar bei Raumtemperatur.

Die Experimente, die gemeinsam von IBM und Georgia Tech-Wissenschaftlern durchgeführt worden sind, sind Teil eines Projekts, die Geschwindigkeitsgrenzen von Silizium-Germanium-Geräten bei sehr kalten Temperaturen auszuloten. Die Chips, die in diesem Forschungsprojekt eingesetzt werden, stammen von der Prototypen-Sige-Technologie vierter Generation, die von IBM auf 200-Millimeter-Wafern gefertigt werden. Bei Raumtemperatur laufen diese derzeit bei circa 350 GHz.

„Diese bahnbrechende gemeinsame Forschung von Georgia Tech und IBM definiert die Leistungsgrenze von Silizium-basierten Halbleitern neu“, sagt Bernie Meyerson, Vice President und Chief Technologist der IBM Systems and Technology Group.

Ultra-Hochfrequenz-Silizium-Germanium-Schaltkreise haben potentielle Anwendungsbereiche in kommerziellen Kommunikationssystemen, Sicherheitselektronik, Weltraumforschung und in der Sensortechnik. Die erzielbaren extremen Geschwindigkeiten in silizium-basierter Technologie, die mit konventionellen kostenniedrigen Techniken gefertigt werden kann, könnten weitere Anwendungsfelder im Massenmarkt erschließen. Bis jetzt haben nur integrierte Schaltkreise, die aus teuren 3-5-Verbund-Halbleitermaterialien gefertigt wurden, ähnliche Transistorleistung erreichen können.

Silizium-Germanium-Technologie hat deswegen großes Interesse in der Elektronikindustrie gefunden, weil sie Verbesserungen in der Transistorleistung ermöglicht, während weiterhin konventionelle Fabrikationstechniken zum Einsatz kommen können. Sie sind kompatibel mit den silizium-basierten Standard-Fertigungsprozessen, die hohe Stückzahlen ermöglichen. Durch den Einsatz von Germanium auf atomarer Ebene in Silizium-Wafern können die Ingenieure die Leistung daher steigern und gleichzeitig die vielen Vorteile von Silizium weiter nützen.