TECHNIK
Ultradünne Materialien gelten als Hoffnungsträger für die Halbleiterindustrie. Der Hype scheint gerechtfer tigt: Nun lassen sich 3-D-Chips aus zweidimensionalen Halbleitern fer tigen.
Silizium ist das elektronische Pendant einer Dampfmaschine. Das erstaunliche Material ist der Grund für den jahrzehntelangen Boom der Halbleitertechnologien. Die Geräte werden immer leistungsfähiger. Doch die Anzahl der Transistoren, die auf einen winzigen Computerchip passen, stößt an eine Grenze. Deshalb verkleinern Fachleute die Chips auf Siliziumbasis bereits, indem sie die dritte Raumdimension ausnutzen. Allerdings scheint Silizium nicht am besten für diese Aufgabe geeignet. In der Zeitschrift »Nature« haben Forschende um den Ingenieur Darsith Jayachandran im Januar 2024 dreidimensionale Bauteile vorgestellt, die aus zweidimensionalen Materialien bestehen. Die ultradünnen Halbleiterschichten umgehen dabei viele Probleme, die Silizium mit sich bringt.
Die Anzahl der Transistoren auf einem Computerchip verdoppelt sich etwa alle 18 Monate. Diese als mooresches Gesetz bekannte Beobachtung ist eine Bürde für die Halbleiterindustrie, die immer kleinere und leistungsfähigere Chips bauen muss. Doch nun steht sie vor einer weiteren Schwierigkeit, die als »mehr als Moore« (englisch: more than Moore) bezeichnet wird: Geräte wie Smartphones erfordern mitunter Computerchips mit nichtdigitalen Komponenten (etwa Sensoren). Die Herstellung dreidimensionaler Chips bietet eine Möglichkeit, diese Herausforderung zu bewältigen. Aber es bleibt kompliziert, da die Verarbeitungsbedingungen von Schicht zu Schicht variieren. So darf beispielsweise die Temperatur der obersten Ebenen 450 Grad Celsius nicht über-schreiten, was für die Halbleiterfertigung relativ niedrig ist. Zudem beeinträchtigen die rauen Oberflächen der unteren Lagen die Qualität der darüberliegenden.
Jayachandran und sein Team haben solche Probleme nun überwunden. Sie haben einen Wafer (das Substrat, das zur Produktion von Chips verwendet wird) hergestellt, der aus zwei Transistorschichten besteht. Die Ebenen enthalten jeweils mehr als 10 000 Transistoren aus Molybdändisulfid (MoS2 ) mit einer Dicke eines einzelnen Atoms. Die Autoren erzeugten die MoS2 -Schichten separat und übertrugen sie erst anschließend auf den Wafer – ein Vorgehen, das keine hohen Temperaturen erfordert.
Ein vielseitiges Verfahren
Diese Errungenschaft ist an sich schon ausreichend, um das Interesse der Halbleiterindustrie an zweidimensionalen Materialien zu wecken. Die Forscherinnen und Forscher gingen jedoch weiter, um die Vielseitigkeit ihres Verfahrens
