Hoch statt flach: Nanodrähte für eine neue Chip-Architektur

Silizium ist das gängige Material in der Elektronik, egal, ob es um Handys, Solarzellen oder Computer geht. Drähte aus Silizium im Nanometer-Bereich haben ein großes Potential für eine völlig neue Chip-Architektur, doch muss man zuvor ihre elektrischen Eigenschaften noch genauer erforschen und verstehen. Am Max-Planck- Institut für Mikrostrukturphysik und vom Forschungszentrum Dresden- Rossendorf (FZD) gelang es, den elektrischen Widerstand und den bislang unbekannten Stromfluss im Inneren von Silizium-Nanodrähten darzustellen

Da einer weiteren Miniaturisierung Grenzen gesetzt sind, wird fieberhaft an neuen Ansätzen gearbeitet. Man stelle sich nun eine ganz neuartige, dreidimensionale Architektur vor: statt flächig oder in Schichten übereinander gestapelt, werden die Silizium-Transistoren einfach um 90 Grad gedreht und in die Höhe gebaut. So könnte man viele Transistoren, die wie winzige Säulen mit Durchmessern von jeweils nur wenigen Nanometer aus dem Mikrochip herausragen, auf der Fläche eines üblichen, flächigen Transistors unterbringen. Damit wäre der Schritt von der Mikro- zur Nanoelektronik endgültig getan.

Nanodrähte aus Kohlenstoff haben mittlerweile in der industriellen Fertigung Einzug gehalten, Drähte aus Silizium hingegen können erst seit kurzem zuverlässig hergestellt werden. Vor ihrem Einsatz müssen sie jedoch noch erforscht werden, denn nur wenn man ihre elektrischen Eigenschaften sehr gut versteht, kann man zuverlässige Transistoren für eine neue Generation von Mikrochips bauen. In solchen Säulen- Transistoren wird der Strom nicht horizontal, sondern vertikal fließen, und sie werden kleiner und energiesparender sein als heute üblich. Nicht zuletzt verspricht man sich von Silizium-Nanodrähten auch hocheffiziente Solarzellen.

Die Max-Planck-Forscher aus Halle stellen einkristalline Nanodrähte aus Silizium her, die besonders gut geeignet sind als Bauteile für Mikrochips. Im Ionenstrahlzentrum des FZD werden in die Drähte Fremdatome implantiert, ein Vorgang, der den Stromfluss im Halbleiter- Material überhaupt erst ermöglicht - und damit auch den Transistor, dessen Funktion es ist, den Strom der elektrischen Ladungsträger zu schalten. Silizium selbst ist zwar hervorragend erforscht, doch gilt dies nicht, wenn man sich auf die Nanometer-Ebene begibt. "Wir haben zunächst Drähte untersucht, die einen Durchmesser von rund 100 Nanometer haben und 300 Nanometer lang sind. Das Ziel richtet sich jedoch auf Drähte, die nur wenige Atome dick sind bis hin zu einem Draht, wo sich nur noch einzelne Atome aneinander reihen. Deren Materialverhalten wollen wir dann genau charakterisieren um herauszufinden, wie man ihre elektrischen Eigenschaften für den Einsatz in der Nanoelektronik maßschneidern kann, z.B. für neuartige Feldeffekt-Transistoren.", so der FZD-Physiker Dr. Reinhard Kögler.