Energie und Kosten sparen Innovative Transistoren aus Metall-Nanopartikeln

Struktur heutiger Elektronik. Wie werden Elektronik-Layouts künftig aussehen, zum Beispiel mit Entwicklungen wie der hier vorgestellten.
Struktur heutiger Elektronik. Doch wie werden Elektronik-Layouts künftig aussehen?

Wissenschaftlern der Universität Hamburg ist es gelungen, Transistoren aus Metall-Nanopartikeln herzustellen. Dadurch könnten eine preiswertere Transistor-Produktion sowie energiesparendere Anwendungen möglich werden.

Am Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg hat es eine Gruppe um PD Dr. Christian Klinke geschafft, Transistoren herzustellen, die auf einem völlig neuen Prinzip beruhen: Anstelle von Halbleitern verwenden sie Metall-Nanopartikel, die so klein sind, dass sie unter Stromfluss nicht mehr ihren metallischen Charakter zeigen.

Stattdessen weisen sie eine Energielücke auf, die durch die Abstoßung der Elektronen untereinander hervorgerufen wird. Dies verleiht den Metall-Nanopartikeln halbleiter-ähnliche Eigenschaften. Mit einer Kontrollspannung kann die Energielücke energetisch verschoben werden. Damit lässt sich der Stromfluss an- und ausschalten.

Die von den Wissenschaftlern vorgestellten Nano-Transistoren zeichnen sich durch verschiedene Vorteile aus, die sie für kommerzielle Anwendungen interessant machen könnten. So ist die chemische Herstellung der Metall-Nanopartikel sehr gut kontrollier- und skalierbar. Es können sehr kleine Nanopartikel erzeugt werden, die in Lösungsmitteln gelagert und einfach weiterverarbeitet werden können.

Nur eine einzige Lage von Partikeln

Im Gegensatz zu bisherigen Forschungsansätzen werden die Nanopartikel nicht als einzelne Strukturen verbaut – dies macht die Herstellung sehr aufwendig und die Eigenschaften der entsprechenden Bauteile unzuverlässig –, sondern als dünne Filme, die nur eine einzige Lage von Nanopartikeln besitzen.

Dadurch sind die elektrischen Eigenschaften der Bauteile nicht nur einstellbar und nahezu identisch untereinander, sondern die Transistoren sind auch preiswerter produzierbar. Darüber hinaus funktionieren sie sowohl bei tiefen Temperaturen, als auch bei Raumtemperatur.

Mit den Ergebnissen, die in »Science Advances« erschienen sind, wollen die Wissenschaftler zeigen, dass es für spezielle Applikationen durchaus Alternativen zu traditionellen Transistor-Konzepten gibt. Daneben könnten die neuen Bauteile auch als chemische Sensoren interessant sein, da die Zwischenräume von Nanopartikel zu Nanopartikel hochsensibel auf chemische Ein- und Anlagerungen reagieren.