25 Mal geringere Energieaufnahme 2-nm-Transistoren sind möglich – in Stückzahlen

Die 50 Wissenschaftler des SNM-Projekts nutzten Quanteneffekte, um sehr kleine Einzelelektronen-Bauelemente konstruieren zu können, die bei Raumtemperatur arbeiten.
Die 50 Wissenschaftler des SNM-Projekts nutzten Quanteneffekte, um sehr kleine Einzelelektronen-Bauelemente konstruieren zu können, die bei Raumtemperatur arbeiten.

Die TU-Ilmenau zeigt: Es gibt ein Leben nach der CMOS-Technik – und öffnet damit die Tür zu energiesparenden Handys und Quantencomputern.

Hochleistungsfähig und energiesparend – das sind die Kennzeichen von Chips auf Basis von Transistoren, deren kleinste Strukturgrößen bei unter 2 nm liegen. Wie sich solche Bauelemente, die unter normalen Umgebungstemperaturen arbeiten, in hohen Stückzahlen fertigen lassen, hat die Universität Ilmenau im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts „Single Nanometer Manufacturing for beyond CMOS Devices“ (SNM) gezeigt.  Prof Ivo W. Rangelow, Leiter des Fachgebiets Mikro- und Nanoelektronische Systeme der TU Ilmenau,  hat mit seinem Forscherteam bisherige Herstellungsverfahren neu kombiniert und ganz neue Methoden entwickelt.

Dadurch könnte der Energieverbrauch mobiler Geräte mittelfristig um das 25-fache gesenkt werden. Prof. Rangelow hält es für realistisch, dass die Nutzer ihr Handy statt heute jeden Tag nur noch alle fünf Tage aufladen müssen: »Mit unseren neuen Verfahren haben wir den Weg dafür geebnet.«

»Wir haben das Tor zu Quantencomputern weiter geöffnet«

Innerhalb des SNM-Projekts haben 16 Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen aus acht europäischen Ländern interdisziplinär zusammen gearbeitet. Die 50 Wissenschaftler nutzten Quanteneffekte, um ultrakleine Einzelelektronen-Bauelemente konstruieren zu können. Im Gegensatz zur klassischen Physik erlaubt die Quantenmechanik präzise Berechnungen der physikalischen Eigenschaften von Materie bis hin zum Größenbereich von Elementarteilchen.

Die wissenschaftliche Analyse von Strukturen in der Größenordnung unter 10 nm ist äußert aufwändig. Metrologie VSL, ein niederländisches Institut für Messtechnik, hat sie koordiniert. Die Messung der Einzelelektronen-Bauelemente gelang am Imperial College London, einer britischen Universität. Dabei ergab die Analyse einen Durchmesser der kleinsten funktionellen Strukturen von nur 1,8 Nanometern. Zu Beginn des SNM-Projektes, also erst vor vier Jahren, wurden mit herkömmlichen Herstellungsmethoden noch 35 Nanometer erreicht.

Um die winzigen Strukturen realisieren zu können, setzten die Forscher die Raster-Sonden-Technik ein. Sie ermöglicht nicht nur das Schreiben, sondern auch das Lesen und die genaue Anordnung von Nanostrukturen. Für Prof. Rangelow ist die Entwicklung elektronischer Strukturen von unter 2 nm eine herausragende wissenschaftliche Leistung: »Unsere Raster-Sonden-Technik hat das Tor für die Entwicklung von Quantencomputern ein gutes Stück geöffnet.«