Chip-Design auf neuen Wegen

News: Chip-Design auf neuen Wegen

Immer kleiner und immer schneller - wenn im nächsten Jahrzehnt die Größe der Schaltelemente auf den Computer-Chips auf unter 100 Nanometer sinkt, dann reichen winzigste Abweichungen in der Produktion aus, um das ganze elektronische Bauteil vom Fließband gleich in den Mülleimer wandern zu lassen. Statt ultrapräzise Fabrikationsprozesse zu entwickeln, suchen manche Wissenschaftler nach völlig neuen Ansätzen, um Chips herzustellen: Sie bauen zunächst ein einfaches Gitter aus Leitungen und einer organischen Zwischenschicht und trennen erst dann offene Schalter und isolierende Bereiche.

Bislang steht am Anfang eines neuen Chips ein Entwurf, der bestimmt, welche Bauteile an welchem Ort entstehen sollen. Nach diesem Plan werden die Schaltelemente auf ein Siliciumplättchen aufgebracht und durch Leitungen miteinander verknüpft. Ein Team unter Leitung von Jim Health von der University of California in Los Angeles und Stan Williams von den Hewlett-Packard Laboratories in Palo Alto will den Vorgang umkehren: Erst werden die Leitungen aus einzelnen Molekülen gelegt, und dann macht ein Computer daraus einen richtigen Schaltkreis.

Ihren Prototyp stellen die Forscher in Science vom 16. Juli 1999 vor. Er besteht aus mehreren Schichten. Die unterste bildet ein Silicium-Chip, der mit einer Lage aus isolierendem Siliciumdioxid bedeckt ist. Darauf lagern vier Aluminium-Drähte, die zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch gut elf Mikrometer dick sind. Eine nur ein Molekül dicke Schicht des organischen Rotaxan überzieht das ganze. Mit Hilfe einer Maske dampften die Wissenschaftler senkrecht zu den Aluminiumdrähten Leitungen aus einem Gemisch von Titan und Aluminium auf. Jeder der Kreuzungspunkte der oberen und unteren Leiter ist durch eine Art offenen Schalter verbunden. Wird eine Spannung zwischen den senkrecht zueinander stehenden Drähten angelegt, oxidiert das Rotaxan dazwischen und verhindert fortan den weiteren Stromfluß.

Aufgrund dieser irreversiblen Oxidation kann der Chip noch nicht als ernsthaftes elektronisches Bauteil genutzt werden. Heath und seine Kollegen suchen darum nach ähnlichen organischen Verbindungen, die sich zwischen dem leitenden und isolierenden Zustand hin- und herschalten lassen. Und auch die Drähte müssen noch dünner werden. Vor den Wissenschaftlern liegt also noch eine Menge Arbeit, bevor ihr Chip in die heimischen PCs einzieht.