Kundenspezifische Nanoelektronik nach Maß
Das EU-finanzierte Projekt NANOXIDE ("Novel Nanoscale Devices based on functional Oxide Interfaces") unterstützt europäische Forscher und inspiriert Physiker aus den USA für eine gemeinsame Entwicklung der nächsten Generation von Nanoelektronikgeräten. Dieses spezifisch gezielte Forschungsprojekt (Specific Targeted Research Project) wird unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) mit 2,97 Mio. EUR finanziert. Die Studienergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Diese Geräte werden nur zwei Nanometer groß sein. Zur Veranschaulichung: Das ist ungefähr die Breite der DNA-Helix. Das NANOXIDE-Projekt untersucht und forscht nach Methoden, um die Eigenschaften von Grenzschichten zwischen verschiedenen Oxiden zu nutzen, die dann zur Umsetzung in neue Elektronik in Nanogröße führen wird. Diese Arbeit zeichnet aus, dass die Projektpartner eine Plattform schaffen konnten, die sehr vielfältige Elektronik von Speichergeräten mit hoher Dichte bis hin zu hoch begehrten Transistoren und Computerprozessoren erzeugen kann. Diese kreative Vielfalt baut auf früheren Arbeiten der Forschergruppe von der Universität Augsburg in Deutschland und der Universität Pittsburgh in den USA auf. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden durch eine zuvor von derselben Gruppe entwickelte Technik zur Gestaltung wieder beschreibbarer Nanostrukturen an der Grenzschicht zwischen zwei Isoliermaterialien möglich. Die Forscher ist es somit gelungen, die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens nachzuweisen. Professor Jeremy Levy, Professor für Physik und Astronomie von der Fakultät für Kunst und Wissenschaften an der Universität Pittsburgh und Leitautor der Arbeit berichtete: "Wir haben nachgewiesen, dass wir wichtige Technologien hervorbringen können, die wesentlich kleiner als derzeit existierende Geräte und alle aus demselben Material sind." Professor Levy zufolge wird diese Entwicklung viele Anwendungen für die Zukunft bereithalten. "Wir werden in den kommenden Jahrzehnten wahrscheinlich von den vorherrschenden Materialien abkommen müssen, um die Entwicklung kleinerer und schnellerer Computer beibehalten zu können," erklärt er. "Die Speicherbits in Magnetfestplatten sind etwa so klein wie nur möglich. Die Verkleinerung von Siliziumtransistoren wird immer schwieriger werden. Mit demselben Material haben wir fortschrittliche Speicher- und Bearbeitungskapazitäten erzeugt, was eine vollkommen neue Flexibilität im Bau von Elektronik darstellt." Im Artikel wird die Fähigkeit der Technik zur Erzeugung von Nanoelektronik nach Bedarf unterstrichen. Diese lässt sich dann ohne die Notwendigkeit komplexer Vorgänge entweder modifizieren oder einfach löschen. Anzumerken ist, dass dieser Vorgang für Feldeffekttransistoren (FET) zugeschnitten werden kann, eine Art Halbleiter, die weitgehend als Bausteine von Computern und Elektronik angesehen werden. Der Gruppe ist die Erzeugung eines Transistors gelungen, "SketchFET" genannt, in der Größe von erstaunlichen zwei Nanometern, also kleiner als der modernste Siliziumtransistor, der 45 Nanometer groß ist. Dieser neue Transistor weckt die Neugier vieler Interessenten aus der Industrie. Dr. Alexander Bratkovsky, ein leitender Wissenschaftler im Information and Quantum Systems Lab von HP Labs, der zentralen Forschungseinrichtung für Hewlett-Packard, war von diesem Gerät sehr fasziniert. "Die Kanal-Strom-Spannungs-Charakteristiken des SketchFET sehen einem Siliziumtransistor sehr ähnlich, und seine Charakteristiken sehen vielversprechend aus. Seine Einfachheit ist erstaunlich. Normalerweise sind Transistoren in mehreren Schichten ausgelegt. Die Idee an sich zur Verwendung einer einzelnen verdeckten Oxid-Grenzschicht, um Strukturen fast durch Schreiben in einer zweidimensionalen Anordnung zu bilden, ist sehr interessant," begeisterte sich Dr. Bratkovsky. "Es ist ein elegantes Forschungsprojekt mit viel Potenzial für Elektronik und Sensoren. Es zeigt, dass es andere interessante Entwicklungen und Nutzungsmöglichkeiten für Oxid-Grenzschichten mit einer unerwartet hohen Mobilität von Trägern in der Nähe der Grenzschicht geben könnte. Die Idee für den Prozess stammt von einem Besuch von Professor Levy an der Universität Augsburg, wo Professor Jochen Mannhart und sein Student Stefan Thiel (Ko-Autoren des Artikels) ihm zeigten, wie die gesamte Grenzschicht zwischen leitendem und isolierendem Zustand umgeschaltet werden könnte. Professor Levy hatte die Idee, den Prozesses auf Nanometerdimensionen anzupassen, und sein Student und Ko-Autor, Cheng Cen, setzte diese praktisch um.
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