{"id":8016,"date":"2023-07-17T15:22:52","date_gmt":"2023-07-17T07:22:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/?p=8016"},"modified":"2024-02-27T19:26:19","modified_gmt":"2024-02-27T11:26:19","slug":"researchers-use-novel-materials-to-build-smallest-transistor-with-1-nanometer-carbon-nanotube-gate","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/researchers-use-novel-materials-to-build-smallest-transistor-with-1-nanometer-carbon-nanotube-gate\/","title":{"rendered":"Forscher verwenden neuartige Materialien, um den kleinsten Transistor mit 1-Nanometer-Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen-Gate zu bauen"},"content":{"rendered":"

Seit mehr als einem Jahrzehnt haben Ingenieure das Ziel im Rennen um die Verkleinerung der Komponenten in integrierten Schaltkreisen im Blick. Sie wussten, dass die Gesetze der Physik eine 5-Nanometer-Schwelle f\u00fcr die Gr\u00f6\u00dfe von Transistor-Gates bei herk\u00f6mmlichen Halbleitern festgelegt hatten, etwa ein Viertel der Gr\u00f6\u00dfe der derzeit auf dem Markt erh\u00e4ltlichen High-End-20-Nanometer-Gate-Transistoren.<\/p>\n

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Manche Gesetze sind dazu da, gebrochen oder zumindest angefochten zu werden.<\/p>\n

Einem Forschungsteam unter der Leitung des Fakult\u00e4tswissenschaftlers Ali Javey vom Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) des Energieministeriums ist genau das gelungen, indem es einen Transistor mit einem funktionierenden 1-Nanometer-Gate entwickelt hat. Zum Vergleich: Eine menschliche Haarstr\u00e4hne ist etwa 50.000 Nanometer dick.<\/p>\n

\u201eWir haben den kleinsten Transistor hergestellt, \u00fcber den bisher berichtet wurde\u201c, sagte Javey, leitender Hauptforscher des Programms \u201eElektronische Materialien\u201c in der Abteilung f\u00fcr Materialwissenschaften des Berkeley Lab. \u201eDie Gate-L\u00e4nge gilt als bestimmendes Ma\u00df des Transistors. Wir haben einen 1-Nanometer-Gate-Transistor demonstriert und gezeigt, dass es mit der Wahl der richtigen Materialien viel mehr Spielraum f\u00fcr die Verkleinerung unserer Elektronik gibt.\u201c<\/p>\n

Der Schl\u00fcssel lag in der Verwendung von Kohlenstoffnanor\u00f6hren und Molybd\u00e4ndisulfid (MoS).2<\/sub>), ein Motorschmiermittel, das \u00fcblicherweise in Autoteilegesch\u00e4ften verkauft wird. MoS2<\/sub>\u00a0geh\u00f6rt zu einer Familie von Materialien mit immensem Potenzial f\u00fcr Anwendungen in LEDs, Lasern, Nanotransistoren, Solarzellen und mehr.<\/p>\n

Die Ergebnisse werden in der Ausgabe des Journals vom 7. Oktober erscheinen\u00a0Wissenschaft<\/i>. Zu den weiteren Forschern in diesem Artikel geh\u00f6ren Jeff Bokor, leitender Wissenschaftler der Fakult\u00e4t am Berkeley Lab und Professor an der UC Berkeley; Chenming Hu, Professor an der UC Berkeley; Moon Kim, Professor an der University of Texas in Dallas; und HS Philip Wong, Professor an der Stanford University.<\/p>\n

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Ein Schema eines Transistors mit einem Molybd\u00e4ndisulfid-Kanal und einem 1-Nanometer-Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen-Gate. Bildnachweis: Sujay Desai\/Berkeley Lab<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n

Die Entwicklung k\u00f6nnte der Schl\u00fcssel dazu sein, die Vorhersage des Intel-Mitbegr\u00fcnders Gordon Moore \u00fcber die zunehmende Dichte von Transistoren am Leben zu erhalten\u00a0integrierte Schaltkreise<\/a>\u00a0w\u00fcrde sich alle zwei Jahre verdoppeln und so die Leistung unserer Laptops, Mobiltelefone, Fernseher und anderer elektronischer Ger\u00e4te steigern.<\/p>\n

\u201eDie Halbleiterindustrie ging lange davon aus, dass ein Gate unter 5 Nanometern nicht funktionieren w\u00fcrde, daher wurde alles darunter noch nicht einmal in Betracht gezogen\u201c, sagte Studienleiter Sujay Desai, ein Doktorand in Javeys Labor. \u201eDiese Forschung zeigt, dass es unter 5 Nanometer liegt\u00a0Tore<\/a>\u00a0sollte nicht abgezinst werden. Die Industrie hat die letzte Leistungsf\u00e4higkeit aus Silizium herausgequetscht. Indem wir das Material von Silizium auf MoS2 \u00e4ndern, k\u00f6nnen wir einen Transistor mit einem Gate von nur 1 Nanometer L\u00e4nge herstellen und ihn wie einen Schalter bedienen.\u201c<\/p>\n

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Wenn \u201eElektronen au\u00dfer Kontrolle geraten\u201c<\/h2>\n

Transistoren bestehen aus drei Anschl\u00fcssen: einer Source, einem Drain und einem Gate. Strom flie\u00dft von der Source zum Drain, und dieser Fluss wird durch das Gate gesteuert, das als Reaktion auf die angelegte Spannung ein- und ausschaltet.<\/p>\n

Sowohl Silizium als auch MoS2 haben eine kristalline Gitterstruktur, aber durch Silizium flie\u00dfende Elektronen sind leichter und sto\u00dfen im Vergleich zu MoS2 auf weniger Widerstand. Das ist ein Segen, wenn das Gate 5 Nanometer oder l\u00e4nger ist. Unterhalb dieser L\u00e4nge tritt jedoch ein quantenmechanisches Ph\u00e4nomen namens Tunneln ein, und die Gate-Barriere ist nicht mehr in der Lage, die Elektronen daran zu hindern, von den Source- zu den Drain-Anschl\u00fcssen zu str\u00f6men.<\/p>\n

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Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts des Transistors. Es zeigt das etwa 1 Nanometer gro\u00dfe Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen-Gate und den Molybd\u00e4ndisulfid-Halbleiter, getrennt durch Zirkoniumdioxid, das als Isolator dient. Bildnachweis: Qingxiao Wang, UT Dallas<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n

\u201eDas bedeutet, dass wir die Transistoren nicht abschalten k\u00f6nnen\u201c, sagte Desai. \u201eDie Elektronen sind au\u00dfer Kontrolle.\u201c<\/p>\n

Weil Elektronen durch MoS flie\u00dfen2<\/sub>\u00a0schwerer sind, kann ihr Durchfluss mit kleineren Anschnittl\u00e4ngen gesteuert werden. MoS2<\/sub>\u00a0kann auch auf atomar d\u00fcnne Schichten mit einer Dicke von etwa 0,65 Nanometern und einer niedrigeren Dielektrizit\u00e4tskonstante verkleinert werden, einem Ma\u00df, das die F\u00e4higkeit eines Materials widerspiegelt, Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Diese beiden Eigenschaften tragen zus\u00e4tzlich zur Masse des Elektrons dazu bei, die Steuerung des Stromflusses innerhalb des Transistors zu verbessern, wenn die Gate-L\u00e4nge auf 1 Nanometer reduziert wird.<\/p>\n

Sobald sie sich f\u00fcr MoS entschieden hatten2<\/sub>\u00a0Als Halbleitermaterial war es an der Zeit, das Gate zu konstruieren. Es stellt sich heraus, dass die Herstellung einer 1-Nanometer-Struktur keine leichte Aufgabe ist. Herk\u00f6mmliche Lithographietechniken funktionieren in diesem Ma\u00dfstab nicht gut, daher wandten sich die Forscher Kohlenstoffnanor\u00f6hren zu, hohlen zylindrischen R\u00f6hren mit Durchmessern von nur 1 Nanometer.<\/p>\n

Anschlie\u00dfend ma\u00dfen sie die elektrischen Eigenschaften der Ger\u00e4te und zeigten, dass der MoS2-Transistor mit dem Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen-Gate den Elektronenfluss effektiv kontrollierte.<\/p>\n

\u201eDiese Arbeit demonstrierte den k\u00fcrzesten Transistor aller Zeiten\u201c, sagte Javey, der auch Professor f\u00fcr Elektrotechnik und Informatik an der UC Berkeley ist. \u201eAllerdings handelt es sich um einen Proof of Concept. Wir haben diese Transistoren noch nicht auf einen Chip gepackt, und wir haben das noch nicht milliardenfach gemacht. Wir haben auch keine selbstausrichtenden Herstellungsschemata zur Reduzierung parasit\u00e4rer Widerst\u00e4nde im Ger\u00e4t entwickelt. Aber diese Arbeit ist wichtig, um zu zeigen, dass wir f\u00fcr unsere Transistoren nicht mehr auf ein 5-Nanometer-Gate beschr\u00e4nkt sind. Durch die richtige Entwicklung des Halbleitermaterials und der Ger\u00e4tearchitektur kann das Mooresche Gesetz noch eine Weile Bestand haben.\u201c<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

For more than a decade, engineers have been eyeing the finish line in the race to shrink the size of components in integrated circuits. They knew that the laws of physics had set a 5-nanometer threshold on the size of transistor gates among conventional semiconductors, about one-quarter the size of high-end 20-nanometer-gate transistors now on<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":8023,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[1,321],"tags":[],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8016"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8016"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8016\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8024,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8016\/revisions\/8024"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8023"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8016"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8016"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.huashu-tech.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8016"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}