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Germanium schlägt Silizium

Erster rekonfigurierbarer Germanium-Transistor

08. Februar 2017, 09:17 Uhr   |  Irina Hübner

Erster rekonfigurierbarer Germanium-Transistor
© Namlab

Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahme eines Germanium-Nanodraht-Transistor, der durch ein elektrisches Signal in einen p- oder einen n-leitenden Zustand gebracht werden kann.

Er ist zwischen Elektronen- und Löcherleitung umprogrammierbar – der weltweit erste, rekonfigurierbare Germanium-Nanodraht-Transistor.

Wissenschaftler des NaMLab (Nanoelectronic Materials Laboratory) und des Exzellenz-Clusters Center for Advancing Electronics Dresden an der TU Dresden (cfaed) haben den ersten Transistor aus Germanium realisiert, der sich elektrisch zwischen Elektronen- und Löcherleitung umprogrammieren lässt. Ob Elektronen- oder Löcherleitung ist abhängig von der angelegten Spannung. Mit dieser Rekonfigurierbarkeit ist es möglich, elektronische Schaltungen bei gleicher Funktionalität mit einer geringeren Anzahl an Transistoren im Vergleich zur aktuell angewandten CMOS-Technologie zu realisieren.

Wegen der geringeren Bandlücke im Vergleich zu Transistoren aus Silizium lassen sich Transistoren aus Germanium an niedrigerer Spannung betreiben. Deshalb ermöglichen Ge-Transistoren einen wesentlich energiesparenderen Betrieb als Si-Transistoren.

Der aktuelle Trend bei der Entwicklung von Transistoren geht dahin, Materialien einzusetzen, die eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit als Silizium aufweisen. Dazu gehören Germanium und auch Indium-Arsenid. Dem praktischen Einsatz stehen allerdings unter anderem ein signifikant höherer Leckstrom und die damit verbundene höhere statische Verlustleistung im Aus-Zustand entgegen, die sich aus den geringeren Bandabständen der Materialien ergibt.

Einem Team um Jens Trommer und Dr. Walter Weber von NaMLab ist es nun in Kooperation mit dem cfaed gelungen, Transistoren aus Germanium-Nanodrähten zu entwickeln, die durch ihr spezielles Design mit mehreren unabhängigen Elektroden die störenden Leckströme entlang des Kanals unterdrücken. Durch die niedrigen Einsatzspannungen und die gleichzeitig geringen Leckströme ist auch der Energiebedarf niedrig. Die Verwendung des neuen Transistors in energieeffizienten Schaltungen ist dadurch denkbar.

Die Forschungsergebnisse wurden im Journal ACS Nano publiziert. Gefördert wurde die wissenschaftliche Arbeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Projekts ReproNano. NaMLab beschäftigt sich nun mit der möglichen Umsetzung der Ergebnisse in zukünftigen Produkten.

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