Kleiner geht's nicht?

News: Kleiner geht's nicht?

Die Mikroelektronik ist eine Wachstumsbranche, aber die von ihr produzierten Bauenelemente werden von Jahr zu Jahr kleiner. Wie klein können diese elektronischen Bauteile überhaupt werden?

Wissenschaftler des Weizmann Instituts haben eine mögliche Antwort auf diese Frage gefunden. Unter ebenso einfacher wie eleganter Anwendung einer chemischen Theorie über Flüssigkeiten entwickelten sie eine Methode zur Vorhersage der kleinsten möglichen Größe bipolarer Transistoren.

Bipolare Transistoren gehören zu den wichtigsten Transistorenarten, die in der Mikroelektronik verwendet werden. Es gelang dem Team, so eine winzige Struktur experimentell herzustellen, indem sie den Halbleiter Kupfer-Indiumdiselenid verwendeten. Mit einem Innenstück von nur 20 Nanometern (20 Milliardstel Metern) und einer Gesamtbreite von 50 Nanometern – weniger als ein Tausendstel einer Haarbreite – ist das Gerät fünfmal kleiner als die heutigen Standard-Transistoren dieser Art.

Die Forschungsarbeit wurde vom Doktoranden Shachar Richter durchgeführt, in Zusammenarbeit mit Prof. David Cahen von der Abteilung Materialien und Grenzflächen, sowie mit Dr. Yishai Manassen, früher vom Weizmann Institut und heute von der Ben-Gurion University in Israel, und mit Dr. Sidney Cohen, dem Leiter der Forschungseinheit Oberflächenanalyse.

In dieser Arbeit setzt Richter Rasterkraft-Mikroskopie ein – eine Technik, bei der ähnlich wie bei einem Plattenspieler die Oberfläche eines Materials mit einer Nadel abgetastet wird. Damit manipulierte er Atome in einem Halbleiter. Normalerweise können solche Mikroskope nur Atome an der Oberfläche eines Materials bewegen. Richter aber gelang es, aufbauend auf früherer Arbeiten von Prof. Cahen, diese Atome auch innerhalb des Halbleiters zu bewegen.

Richter erzielte seine Resultate, indem er an den Halbleiter eine Spannung anlegte und einen Strom durch das Material sandte. Unterstützt durch eine leichte Erwärmung, durch den elektrischen Strom, führte die Spannung dazu, daß die Donator-Atome, die die Leitfähigkeit des Materials bestimmen, in eine bestimmte Richtung bewegt wurden. Obwohl nur 100 bis 200 Donatoren auf diese Weise bewegt wurden, gelang es, einen winzigen Transistor herzustellen. Er bestand aus einer Halbkugel-förmigen Schicht relativ hoher Leitfähigkeit, in der sich die umverteilten Donatore befanden. Diese Halbkugel war zu beiden Seiten von Material mit anderer Leitfähigkeit umgeben.

Als nächstes benutzte Richter dieselbe Mikroskopnadel bei niedriger Spannung, um die Leitfähigkeit dieser winzigen Struktur abzubilden. Richters neue Abbildungsmethode, die er scanning spreading resistance – Abtasten der Widerstandsausbreitung – nennt, zeigt den genauen Pfad auf, den ein elektrischer Strom durch einen Transistor dieser Art nehmen würde. Diese neue Meßmethode, die zeitgleich mit Richters Studie und unabhängig von ihr auch von belgischen Forschern entwickelt wurde, ist ein vielversprechendes Werkzeug zur Bewertung winziger elektronischer Bauelemente.

Die Ergebnisse bedeuten nicht unbedingt, daß Bauelemente der Mikroelektronik letztendlich so klein wie Richters Transistor werden. Sein Bauteil kann sich jedoch als wertvolles Forschungsobjekte zur Untersuchung Grenzen der Miniaturisierung erweisen.