Immer kleiner: EU-Projekt arbeitet an der Miniaturisierung von Halbleiterchips
Zwei von der EU geförderte Projekte entwickeln immer kleinere komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) und treiben damit die Chip-Miniaturisierung weiter voran. Das Projekt NanoCMOS, das 2006 abgeschlossen wurde, hat zur Entwicklung von Halbleitern mit 45-nm-Knoten beigetragen. Das Folgeprojekt PULLNANO will diese Arbeit weiterführen und hat 32-nm-Knoten und sogar 22-nm-Knoten im Visier. "In der Halbleiterindustrie geht es um den Verkauf von Siliziumchips, deren Verkaufswert sich nach Fläche in Quadratmillimeter berechnet", erklärt Gilles Thomas, Leiter der F&E-Kooperationsprogramme beim französischen Halbleiterhersteller STMicroelectronics, einem Koordinationspartner der beiden Projekte. "Je mehr Transistoren man auf den Chip stopft, desto mehr Kapazität, Funktionalität und Rechenleistung erhält man zum selben Preis. Genau deshalb werden Dinge wie Handys, LCD-Fernseher und DVD-Spieler immer billiger." Die heute am häufigsten verwendeten Chips haben Komponenten, die zwischen 65 und 90 nm groß sind, das ist ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares. Aber die Projektpartner sind überzeugt, dass es noch kleiner geht - solange bis es nicht mehr profitabel ist, so etwa bei 16 bis 11 nm, schätzt Thomas. Aber bis wir soweit sind, mutmaßt Thomas, werden noch etwa 12 bis 15 Jahre vergehen. Derzeit ist es ein quantenmechanischer Effekt, das sogenannte Gate Leakage, der der Leistung von Computerprozessoren Grenzen setzt, d. h. mobile Ladungsträger wie Elektronen fließen ungewollt durch Sperrschichten auf dem Chip. Dieser Leckstrom steigt exponentiell mit abnehmender Dicke der Sperrschicht. Die PULLNANO-Forscher haben eine Lösung zu diesem Problem gefunden: Sie verwenden einen Isolator auf Hafniumbasis anstelle des klassischen Siliziumdioxids. Laut Thomas konnte dadurch eine hundertfache Reduzierung des Leckstroms erreicht werden. Trotz dieses ersten Erfolges geht STMicroelectronics nicht davon aus, dass die Früchte des PULLNANO-Projekts vor 2011 vermarktet werden können. Die Ergebnisse des Vorläuferprojekts NanoCMOS dagegen sind vielleicht schon 2009 in der Verbraucherelektronik implementiert. NanoCMOS, an dem 20 Partner beteiligt waren, wurde mit 24 Millionen Euro unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) gefördert. Die Gesamtkosten des Projekts beliefen sich auf 46 Millionen Euro. PULNANO mit seinen 38 Partnern erhält eine vergleichbare Summe. Beide Projekte, so Thomas, haben Europa einen Vorsprung in der Halbleiterproduktion verschafft. Er weist jedoch darauf hin, dass diese wettbewerbsintensive Branche nach wie vor von US-amerikanischen und asiatischen Konzerngiganten wie Intel oder Samsung beherrscht wird. Nichtsdestoweniger ist noch reichlich Wachstumspotenzial vorhanden, auch wenn die Chips immer billiger werden.