IBM erzielt Durchbruch bei Halbleiterherstellung

IBM hat nach eigenen Angaben ein wichtiges Problem bei der Herstellung künftiger Halbleiter gelöst, bei denen Kohlenstoffnanoröhren das derzeit verwendete Silizium ersetzen soll. Ein neues Verfahren soll die Verkleinerung von Transistorkontakten ermöglichen, ohne dass deren Leistung abnimmt. Details dazu finden sich in der Oktober-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science.

Schematische Darstellung einer Kohlenstoffnanoröhre (Bild: IBM).

„IBMs Durchbruch nimmt eine wichtige Hürde, die der Verkleinerung von Silizium- und jeglichen Halbleiter-Transistortechnologien im Weg steht“, heißt es in einer Pressemitteilung von IBM. Neben dem Kanal müssten auch die Kontakte kleiner werden. Die damit verbundene Zunahme des Widerstands habe bis jetzt alle Leistungszuwächse aufgefressen. „Die Ergebnisse könnten die Probleme mit den Kontaktwiderständen bis hinunter zu 1,8 Nanometer-Knoten lösen – für die nächsten vier Technologiegenerationen.“

Transistoren aus Silizium würden zwar jedes Jahr kleiner, sie näherten sich aber ihren physikalischen Grenzen, so IBM weiter. Kohlenstoffnanoröhren lieferten indes auch bei Strukturbreiten kleiner 10 Nanometern exzellente Ergebnisse. Chips aus Kohlenstoffnanoröhren seien in der Lage, die Fähigkeiten von High-Peformance-Computern deutlich zu steigern, was eine schnellere Analyse von Big Data erlaube, Cloud-Rechenzentren effizienter mache und auch die Leistung von mobilen Geräten und des Internets der Dinge verbessere.

Die neuen Kontakte, die IBM verwendet, bestehen aus Molybdän. Sie werden in einem speziellen Verfahren an die Kohlenstoffnanoröhren „angeschweißt“, die wiederum horizontal auf einem Substrat angeordnet sind. Um das zu erreichen, erzeugt IBM mit einem konventionellen Lithografieverfahren zwei Kontakte, auf die das Molybdän aufgetragen wird. Unter hoher Temperatureinwirkung wird schließlich eine Reaktion ausgelöst, die das Metal mit den Kohlenstoffatomen verbindet.

Die für die Tests verwendeten Kohlenstoffnanoröhren haben einen Durchmesser von 12 Nanometern – die Kontakte sind rund 9 Nanometer groß. Laut IBM nimmt die Leistung eines solchen Transistors aber auch bei kleineren Strukturbreiten nicht ab. Begrenzender Faktor sei nun das Lithografieverfahren.

Der Serienreife stehen allerdings noch weitere Probleme im Wege. Dazu zählen die Kohlenstoffnanoröhren selbst, die noch immer nicht in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden können. Zudem ist es offenbar noch schwierig, die Röhren mit einer hohen Dichte auf einem Substrat anzubringen. Shu-Jen Han, Manager des IBM T.J. Watson Research Center, erwartet jedoch, dass Kohlenstoffnanoröhren schon in fünf bis zehn Jahren Silizium in Halbleitern ersetzen können.

[mit Material von John Morris, ZDNet.com]

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