Supercomputer-Simulation erforscht schnellere Chips

Die Halbleiterindustrie hat lange nach einem neuen Material für den wesentlichen Teil des Transistors gesucht, der als Gate Dielectric (Gatter-Dielektrikum) bezeichnet wird. Mit den jetzigen Materialien war die Fähigkeit der Industrie begrenzt, mit den Prognosen von Moore’s Law Schritt zu halten. Das Mooresche Gesetz sagt eine Verdopplung der Anzahl der Transistoren auf einem Chip und der damit verbundenen Steigerung der Chipleistung alle zwölf bis 18 Monate voraus.

Forscher von IBM in Zürich haben nun Fortschritte in computerbasierten Simulationen vorgestellt, die die Chiptechnologie einen deutlichen Schritt vorwärts bringen sollen. Wie in einem Beitrag im wissenschaftlichen Magazin „Physical Review Letters“ erklärt, wurden erstmals supercomputerbasierte Modelle eingesetzt, um das komplexe Verhalten eines neuen Materials – Hafnium-Dioxid – in Siliziumtransistoren besser zu verstehen und zu beherrschen. Bei Hafnium-Dioxid handelt es sich um einen fundamentalen Bausteinen von Computerchips.

(Der Aufsatz mit dem Titel „The Anomalous Behavior of the Dielectric Constant of Hafnium Silicates: a First Principles Study“ von C. A. Pignedoli, A. Curioni und W. Andreoni wurde am 18. Januar 2007 veröffentlicht in Physical Review Letters, Volume 98, Number 3, Article 037602.)

Hafnium-Dioxid ist ein Schlüssel zur „High-k-Metal-Gate-Technologie“, die neben Intel seit neustem auch IBM und AMD für sich proklamieren. IBM plant, das neue Material ab dem Jahr 2008 zu verwenden. Es erscheine als ein idealer Kandidat für die Transistorgates der nächsten Generation. Jedoch kann die Einführung jeglichen neuen Materials bei Halbleitern unvorhergesehene Konsequenzen haben und muss daher vorher komplett verstanden worden sein. Daher ist die Simulation des Verhaltens des Materials auf atomarem Niveau von so großer Wichtigkeit.

Die Forscher im IBM-Labor Zürich haben einen Blue-Gene-Supercomputer benutzt, um herauszufinden, warum Hafnium-Dioxide so viel besser geeignet ist als andere High-k-Materialien. Als Ergebnis haben die Forscher erstmals ein klares Bild von der zugrundeliegenden Physik erhalten, die das spezielle elektrische Verhalten von Hafnium-Dioxid bei der Vermischung mit Silizium erklärt.