Thema: MIT: Neues Material ermöglicht 1.000-GHz-Chips

[SiLæncer]

Forscher am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) arbeiten derzeit mit einem neuen Material, dass Prozessoren mit sehr hohen Taktraten ermöglichen soll.

Graphene heißt der Werkstoff. Mit ihm sollen sich Chips konstruieren lassen, die im Bereich von 500 bis 1.000 Gigahertz arbeiten. Bei Graphene handelt es sich um die einzelnen Kohlenstoffatom-Gitterschichten, aus denen sich Graphit zusammensetzt. Während die Struktur hier eben ist, gibt es auch röhrenförmige Strukturen, die als Kohlenstoff-Nanoröhrchen bekannt sind.

Wegen der hohen Festigkeit und einigen anderen Eigenschaften gelten beide Materialien als wichtige Grundlagen für zukünftige Elektronik-Anwendungen. Den Forschern am MIT ist es nun gelungen, einen experimentellen Chip aus Graphene zu entwickeln.

Dieser lässt sich zur Frequenzmultiplikation einsetzen. Während diese Technologie mit heutigen Komponenten Ergebnisse mit vielen Störungen liefert, die aufwändig herausgefiltert sein müssen, stellt der Graphene-Chip mit seinem einzigen Transistor ein sehr klares Signal bereit.

Bereits in ein bis zwei Jahren wollen die Forscher erste Anwendungen zur Marktreife entwickelt haben. Deshalb arbeitet man parallel an der Entwicklung von Graphene-Wafern, die für die Massenproduktion benötigt würden.

Quelle : http://winfuture.de

[SiLæncer]

Seit Jahrzehnten schaffen es Ingenieure, immer mehr Daten auf immer kleineren Speicherchips aus Silizium unterzubringen. Soll die Miniaturisierung jedoch weitergehen und zugleich die Leistungsfähigkeit der Chips zunehmen, müssen in absehbarer Zeit andere Materialien her. Kandidaten sind etwa Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen, Blätter aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen. Beide haben aber einen Haken: Sie eignen sich (noch) nicht für eine Massenproduktion und können nicht in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden.

Wissenschaftler der Rice University in Houston, Texas, haben nun einen Verwandten von Nanotubes und Graphen im Visier: das gute alte Graphit, das uns in „Bleistiften“ begegnet. Der Chemiker James Tour und sein Mitarbeiter Alexander Sinitskii haben daraus einen Speicher-Prototyp mit hoher Datendichte hergestellt, der Ähnlichkeiten mit den zum Beispiel in MP3-Playern genutzten Flash-Speichern hat. Wie diese kommt der Graphit-Speicher ohne bewegliche Teile aus, was ihn stoßunempfindlicher als Festplatten macht, die mit Feinmechanik arbeiten.

Im Unterschied zu Flash-Speichern könnten Graphit-Speicher Daten länger halten und übereinander gestapelt werden. Damit ließe sich auf derselben Fläche zehnmal so viel Information abgelegt werden wie in heutigen Flash-Speichern.

Der Grundaufbau sieht so aus: Zwischen zwei Elektroden befindet sich eine Graphit-Schicht auf einem Silizium-Substrat. Legt man eine Spannung an, bildet sich im Graphit ein Riss (siehe Bild) – und dieser wird für die Darstellung von Bitwerten ausgenutzt. Ein Riss bedeutet eine „1“, die glatte Schicht stellt eine „0“ dar. Ob ein Riss vorliegt, können die Forscher mit einer niedrigeren Spannung ermitteln. Überschrieben wird er mit einer höheren Spannung, die ihn glättet und zum Verschwinden bringt.

James Tour räumt allerdings ein, dass er noch nicht genau verstehe, warum die Risse in den Graphit-Schichten entstehen. Er vermutet, dass die Spannung im Kohlenstoff Zonen erzeugt, die mit dem Silizium darunter reagieren. Dadurch bekommen sie eine charaktistische elektrische Signatur, die man zum Auslesen des Datenelements nutzen kann.

Weil die Information in einer Veränderung der atomaren Struktur besteht, ist der Graphit-Speicher robuster als ein Flash-Speicher. In dem werden Bits als elektrische Ladungen in den so genannten Gatterelektroden von Transistoren vorgehalten, die aber allmählich aus der Elektrode entweichen – die Ladungsmenge nimmt mit der Zeit ab. Die Transistorarchitektur in Flash-Speichern macht es zudem schwerer, sie in dreidimensionalen Anordnungen zu verdrahten. Beim Graphit-Speicher hingegen müssen nur einander abwechselnde Materialschichten verbunden werden.

Firmen wie IBM oder SanDisk arbeiten seit Jahren an dreidimensionalen Speicherkonzepten. Für James Tour ist das der nächste große Trend: „Wenn Sie in fünf Jahren nicht mit 3D-Speichern im Geschäft sind, sind sie ganz raus aus dem Speicher-Business.“

„Der Ansatz ist viel versprechend“, lobt Victor Zhirnov von der Semiconductor Research Corporation die Arbeit von Tour und Sinitskii. Die Graphit-Speicher-Prototypen sind im Lesen und Schreiben bereits so schnell wie Flash-Speicher – bei niedrigeren Spannungen, was Energie spart. Das Marktpotenzial könne man aber noch nicht abschätzen, sagt Zhirnov, solange der exakte Mechanismus des Graphit-Speichers nicht aufgeklärt sei.

Das Graphit-Element könnte auch für die rekonfigurierbaren FPGA-Chips interessant werden (FPGA steht für „field-programmable gate array“), die etwa in Radios eingesetzt werden. Allerdings können ihre Schaltkreise nicht beliebig oft umkonfiguriert werden. Könnte man die verschiedenen Logikeinheiten in FPGA-Chips mit den Graphit-Elementen verbinden, würden sie beliebig oft umprogrammierbar, sagt Tour.

Die Rice-Wissenschaftler haben sich deshalb mit dem Start-up NuPGA zusammengetan, das die Graphit-Technologie in FPGA-Chips umsetzen will. Für die Speicheranwendung gebe es ebenfalls einen Interessenten, den Namen der Firma will Tour aber nicht verraten. Er geht davon aus, dass ein marktreifes Produkt frühestens in acht Jahren fertig sein wird. Jetzt gehe es erst einmal darum, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Fertigung zu verbessern.

Quelle : http://www.heise.de/tr/

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Wissenschaftler am MIT haben eine neue Methode entwickelt, um Leiterbahnen auf sehr kleinen Chipstrukturen zu erzeugen. Sie verwenden dabei mehrere Polymere, die die Verbindungen selbst herstellen. Das soll gegenwärtige Probleme mit der Erstellung immer feinerer Strukturen lösen.

Die ständige Verkleinerung der Strukturbreiten bei Halbleitern steht vor immer größeren Herausforderungen. Um mehr Funktionen und damit mehr Leistung auf wirtschaftlich herstellbaren Chipgrößen unterzubringen, wendet die Halbleiterbranche seit einigen Generationen Tricks an, um Strukturen herzustellen, die kleiner sind als die Wellenlängen der Belichtung.

Derzeit werden in Serie Bausteine mit Strukturbreiten um 30 Nanometer hergestellt, Prototypen gibt es auch schon von 22-Nanometer-Chips, und auch 16 Nanometer erscheinen mit der heutigen Technik noch machbar. Danach werden die Probleme aber so groß, dass selbst Intel als größter Chiphersteller der Welt erstmals Kooperationen bei der Entwicklung der Fertigungstechniken plant.

Einer der Ansätze, um die Belichtung ganz abzuschaffen, ist die direkte Bearbeitung des Siliziums mittels Elektronenstrahlen. Das ist bisher noch sehr aufwendig und langsam, da mehrere zehntausend Strahlen benötigt werden, um eine Schaltung in vertretbarer Zeit herzustellen.

Das MIT schlägt deshalb einen Zwischenweg vor: Teile der Schaltung werden mit Strahlen direkt, die Leiterbahnen aber auf eine andere Weise erzeugt. Wie die Forscher berichten, haben sie Materialien gefunden, die sich in voraussagbarer Weise selbst an die richtigen Stellen begeben.

Polymere formen Maske direkt auf Silizium

Dabei setzen die Wissenschaftler Polymere ein. Diese Ketten aus gleichförmigen Molekülen lassen sich inzwischen auch zu Copolymeren verknüpfen, die sich aber nicht dauerhaft verbinden. Diese Eigenschaft nutzt das MIT, um Strukturen herzustellen.

Die Copolymere werden dabei gezielt an Siliziumstrukturen angelagert, die zuvor per Elektronenstrahl gebaut wurden. Wie eine Schnur um eine Reihe von Pfosten bilden die Polymere dann Verbindungen. Über die Längen der jeweiligen Ketten kann dabei vorher bestimmt werden, welche Wege die Ketten bilden - ein vorher geplanter Schaltplan baut sich so quasi selbst.

Plasma erzeugt finale Struktur

Um sie fertigzustellen, wird eines der Polymere schließlich von einem Plasma verbrannt, das andere verwandelt sich dabei zu Glas. Dies wiederum stellt dann die Schutzschicht für einen Ätzvorgang dar, mit dem die endgültige Schaltung aus dem darunterliegenden Silizium hergestellt wird.

Aus der Beschreibung des MIT geht nicht hervor, wie klein die damit möglichen Strukturbreiten sind. Doch das Team um die Forscher Caroline Ross und Karl Berggren arbeitet derzeit an einer Verkleinerung der Strukturen. Allzu winzig dürften sie also noch nicht sein, was zeitlich nicht ins Gewicht fällt: Die bereits in Entwicklung befindlichen 16-Nanometer-Chips sollen frühestens in drei Jahren marktreif sein.

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler auch im Magazin "Nature Nanotechnology" veröffentlicht.

Quelle : www.golem.de