Universitäten Manchester und Nottingham Ultradünne InSe-Halbleiter könnten Moore's Law fortschreiben

Ultradünnes InSe hat im Gegensatz zu Graphen, aber ähnlich zu Silizium, eine große Bandlücke, sodass sich daraus gefertigte Transistoren leicht ein- und ausschalten lassen
Ultradünnes InSe hat im Gegensatz zu Graphen, aber ähnlich zu Silizium, eine große Bandlücke, sodass sich daraus gefertigte Transistoren leicht ein- und ausschalten lassen

Nach einem Jahrzehnt intensiver Forschung bei Graphen zeigt ein neues Halbleitermaterial Potenzial für die Zukunft der superschnellen Elektronik. Laut Forschern der Universitäten Manchester und Nottingham ist Indium-Selenid (InSe) nur wenige Atome dick, ähnlich wie bei Graphen.

Graphen ist nur ein Atom dick, und seine elektrischen Eigenschaften sind konkurrenzlos. Dies hat zu weit beachteten Vorschlägen über seine Verwendung in zukünftigen elektronischen Schaltungen geführt. Trotz all dieser Superlativen bei seinen Eigenschaften hat Graphen keine Bandlücke. Es verhält sich daher eher wie ein Metall anstatt eines normalen Halbleiters, was seine Anwendungsmöglichkeiten als Transistormaterial einschränkt.

Neue Forschungen an den Universitäten von Manchester und Nottingham zeigen, dass InSe-Kristalle nur wenige Atome dick gemacht werden können, fast so dünn wie Graphen. Es konnte gezeigt werden, dass InSe bessere elektrische Eigenschaften aufweist als Silizium. Wichtig jedoch ist, dass ultradünnes InSe im Gegensatz zu Graphen, aber ähnlich zu Silizium, eine große Bandlücke hat, sodass sich daraus gefertigte Transistoren leicht ein- und ausschalten lassen. Dadurch könnte sich InSe für superschnelle elektronischer Geräte eignen. Die Kombination von Graphen mit anderen neuen Materialien, die für sich jeweils hervorragende Eigenschaften besitzen, die zu denen von Graphen komplementär sind, hat zu spannenden wissenschaftlichen Entwicklungen geführt und könnte Anwendungen möglich machen, die jenseits unserer Vorstellungskraft liegen, wie die Forscher betonten.

Sir Andre Geim, einer der Autoren dieser Studie und Physik-Nobelpreisträger für die Erforschung von Graphen, glaubt, dass die neuen Erkenntnisse einen bedeutenden Einfluss auf die Entwicklung der zukünftigen Elektronik haben könnten. »Ultradünnes InSe scheint die goldene Mitte zwischen Silizium und Graphen darzustellen«, glaubt er und fügt hinzu: »Ähnlich wie bei Graphen bietet InSe einen natürlich dünnen Körper, der eine Skalierung bis in den Nanometerbereich ermöglicht. Und ähnlich wie Silizium ist InSe ein sehr guter Halbleiter.«

Probleme überwunden

Die Forscher aus Manchester hatten ein großes Problem zu überwinden, um hochwertige InSe-Bauteile fertigen zu können. Da das Material so dünn ist, beschädigen es der Sauerstoff und die Feuchtigkeit in der Atmosphäre schnell. Um diese Schäden zu vermeiden, wurden die Bausteine in einer Argonatmosphäre unter Verwendung neuer Technologien des National Graphen Institute hergestellt.

So konnten erstmals hochqualitative atomare Dünnfilme von InSe gewonnen werden. Die Elektronenmobilität bei Raumtemperatur wurde bei 2000 cm²/Vs gemessen, signifikant höher als Silizum mit 1400 cm²/Vs. Dieser Wert erhöht sich bei niedrigen Temperaturen um das Mehrfache.

In aktuellen Experimenten produziertes Material ist mehrere Mikrometer groß, vergleichbar mit dem Querschnitt eines menschlichen Haares. Die Forscher glauben, dass durch heute weit verbreitete Methoden, mit denen sich großflächige Graphen-Platten herstellen lassen, auch InSe bald kommerziell hergestellt werden könnte.

Ultradünnes InSe ist nur eine Beispiel für eine wachsende Familie von zweidimensionalen Kristallen, die abhängig von ihrer Struktur, Dicke und chemischen Zusammensetzung eine Vielzahl von nützlichen Eigenschaften haben. Die Forschung an Graphen und verwandten zweidimensionalen Materialien ist derzeit der am schnellsten wachsende Bereich der Materialwissenschaft, der Wissenschaft und Technik überbrücken soll.

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