Thema: Transistorentechnik ....

[SiLæncer]

Forscher an der Universität Southampton/England haben ein Verfahren gefunden, die Schaltgeschwindigkeit und damit die Transitfrequenz von bipolaren Silizium-Transistoren beträchtlich zu erhöhen. Bislang galten die in einem Philips-Labor erreichten 70 GHz als Obergrenze; bei praktischen Schaltungen sind damit 7 GHz Arbeitsfrequenz erreichbar. Bei höheren Frequenzen musste man bislang auf "exotische" Materialien wie etwa Gallium-Arsenid ausweichen.

Professor Peter Ashburn von der Universität Southampton fügte nun den Bor-dotierten Silizium-Schichten eines NPN-Transistors per Ionen-Implantation Fluor hinzu und erreichte damit eine Transitfrequenz von 110 GHz, gleichbedeutend mit einer oberen Arbeitsfrequenz von 11 GHz. Die Fluor-Zugabe verhindert laut Ashburn, dass das Bor während des Herstellungsprozesses in umliegende Bereiche diffundiert, womit besonders dünne Sperrschichten möglich werden. Die aber sind für eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit erforderlich.

Quelle : www.heise.de

[SiLæncer]

Heute vor 60 Jahren wurde der erste funktionierende Halbleiter oder Transistor in die Wege geleitet, der in etlichen Monographien als die wichtigste Erfindung des 20. Jahrhunderts beschrieben wird. Am 16. Dezember 1947 hatten Walter Brattain und John Bardeen die Idee, in ihren monatelangen Versuchsreihen zum Bau eines funktionsfähigen Transistors leitendes Germanium einzusetzen.

Das Experiment funktionierte und produzierte das, was in der Wissenschaftsgeschichte heute als "Miracle Month" bezeichnet wird. Denn an der Transistor-Forschung war damals mit William Shockley ein dritter Spitzenforscher beteiligt, den Brattain und Bardeen aber nicht informierten. Verärgert über diesen "Verrat" schloss sich Shockley mit einem Stapel Schreibblöcken in einem Hotel ein und erfand auf Papier den "ganzen Rest", wie Transistoren als Grenzflächen-Transistoren einfach produziert werden konnten.

Mit dem Wechsel vom temperaturempfindlichen Germanium zum unempfindlichen Silizium im Jahre 1954 war der Siegeszug der Transistors nicht mehr aufzuhalten: Lässt man das IT-Gerümpel wie PC, Drucker, Digitalkamera und Handy beiseite, finden sich in jedem modernen Haushalt zwischen 60 und 80 Millionen Transistoren. Für ihre Forschung erhielten Bardeen, Brattain und Shockley 1956 den Nobelpreis.

Die grundsätzliche Idee zum Bau eines Transistors hatte aber ein anderer. 1928 veröffentlichte der Physiker Julius Edgar Lilienfeld seine Patentanmeldungen zu dem, was heute als Feldeffekttransistor bezeichnet wird. Mit den damaligen Mitteln der Materialtechnik konnte sein Transistor aber noch nicht gebaut werden. Lilienfeld, der mit der lilienfeldschen Röhre ein erfolgreicher Pionier in der Röntgentechnik war, gehörte zu den Physikern, die trotz der Niederlage im Ersten Weltkrieg, nach der alle deutschen Patente in den USA kassiert wurden, immer auch in den USA anmeldeten. Als der Jude Lilienfeld vor den Nationalsozialisten emigrieren musste, konnte er dort zunächst von seiner Erfindung und Patentierung der Elektrolytkondensatoren überleben.

Auf Basis seiner Transistor-Patentschriften machten sich Bardeen, Brattain und Shockley in den Bell Laboratories daran, das gesamte vorhandene Wissen um die Halbleiter zu nutzen und etwas zu konstruieren, das die recht unzuverlässige Elektronenröhre ersetzen könnte. Für die Telefongesellschaft Bell suchte man nach elektronischen Schaltern, die die Elektromechanik in den Telefonzentralen ablösen konnte. In hunderten von Versuchen experimentierten die Spitzenwissenschaftler mit einem großen Team von Helfern mit Methoden, wie elektrische Ströme geschaltet werden können.

Als die Lösung schließlich gefunden war, rätselte man über den korrekten Namen für die Technik, die die Elektronenröhre ablösen sollte. Der Legende nach war es John Pierce, der den Namen Transistor vorschlug, beeinflusst von den Science-Fiction-Geschichten, die er in seiner Freizeit schrieb. Pierce, der schließlich den ersten Kommunikationssatelliten Telstar 1 konstruierte, wurde von Arthur C. Clarke als der Mann gefeiert, der "das Ding konstruiert und gebaut hat, der das verwirklicht hat, von dem ich und andere nur träumen und schreiben konnten".

Quelle : www.heise.de

[Jürgen]

... der erste funktionierende Halbleiter ...

...war das wirklich nicht.
Schon lange vorher, beginnend etwa Ende der 20er Jahre, wurden Dioden / Gleichrichter auf der Basis von Selen oder Kupferoxydul praktisch eingesetzt.
Streng genommen waren auch die Kristall-Detektoren aus Bleiglanz, Pyrit oder Schwefel-Verbindungen Schottky-Dioden und damit Halbleiter.
Selbst mit rostigem Eisen und Graphit funktionierte das bedingt.

Also beschränken wir uns auf den (funktionierenden) Transistor, dann stimmt der Artikel.

[SiLæncer]

Der japanische Elektronikkonzern Fujtisu hat einen neuartigen Transistor entwickelt, der dabei helfen soll, bei mobilen Geräten Strom zu sparen. Er verringert die Verlustleistung bei Netzteilen von Notebooks und Desktop-PCs um bis zu zwei Drittel.

Gleichzeitig wurde die Größe der Komponente deutlich reduziert, so dass sich das Netzteil eines Notebooks künftig in das Innere des Geräts verlegen ließe. Auf diese Weise würde der Bedarf für ein externes Netzteil wegfallen, so dass der Nutzer nur noch ein einfaches Stromkabel benötigt, meldet 'Mainichi'.

Fujitsu will den neuartigen Gallium-Nitrit-Transistor bis zum Jahr 2011 zur Verwendung in ersten Geräten weiter entwickeln. Bisher werden bei Notebook-Netzteilen bis zu 30 Prozent der eingehenden Energie in Form von Wärme verschwendet. Mit den neuen Transistoren ließe sich dieser Wert auf rund 10 Prozent drücken.

Innerhalb von fünf Jahren sollen dann Notebooks und kleine Desktop-Systeme auf den Markt kommen, die den neuen Transistor nutzen. Auf lange Sicht will Fujitsu das neu entwickelte Bauteil auch in diversen anderen Bereichen im Einsatz sehen, darunter zum Beispiel Elektrogeräte und Fahrzeuge.

Quelle : http://winfuture.de

[SiLæncer]

Wissenschaftler am Watson Forschungszentrum von IBM haben Transistoren aus Graphen hergestellt, die zehn mal schneller schalten als die schnellsten Silizium-Transistoren. Details zu den aus Graphen hergestellten Transistoren beschreiben  die Wissenschaftler um Phaedon Avouris in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Science.

Graphen besteht nur aus jeweils einer einzigen atomaren Lage von Kohlenstoff – ein Graphen-Plättchen ist also so etwas wie ein der Länge nach ausgerolltes Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Wissenschaftler um Andre Geim von der University of Manchester hatten 2004 erstmals Graphen-Plättchen hergestellt, indem sie den Stoff buchstäblich mechanisch abgeschält hatten.

Was die Wissenschaftler besonders fasziniert: Graphen ist ein zweidimensionales Material in einer dreidimensionalen Welt – der Leitungsmechanismus für elektrische Ladungen funktioniert bei ihm deshalb komplett anders als bei allen bekannten Metallen und Halbleitern. Das hat interessante Folgen: Die Ladungsträgerbeweglichkeit, die unter anderem die Schaltgeschwindigkeit eines elektronischen Bauteils definiert, liegt theoretisch bei 200.000 Quadratzentimetern pro Voltsekunde. Graphen-Transistoren könnten so bis zu tausendmal schneller sein, als es die heutige Siliziumtechnik erlaubt.

Den IBM-Wissenschaftlern gelang es nun, das Graphen auf einem Zwei-Zoll-Wafer aus Siliziumkarbid wachsen zu lassen, indem sie den Wafer auf rund 1400 Grad Celsius aufheizten. Anschließend legten sie eine dünne Polymerschicht über das Graphen, auf die dann die Transistor-Elektroden und ein Dielektrikum aufgebracht wurden. Nach Auskunft von Avouris will IBM nun die Performance der Transistoren weiter verbessern, indem die Strukturen verkleinert werden – die bisher gezeigten Transistoren haben eine vergleichsweise große Strukturbreite von 240 Nanometer. Die ersten Anwendungen werden wahrscheinlich militärischer Natur sein – zumindest fördert auch die DARPA das Forschungsprojekt.

Quelle : www.heise.de

[SiLæncer]

Australischen Forschern ist die Konstruktion eines der bisher kleinsten Transistoren gelungen. Dieser besteht lediglich aus wenigen Atomen, teilten die Wissenschaftler mit.

Auf einem Silizium-Kristall ordneten die Konstrukteure des Transistors sieben Atome so an, dass sie eine entsprechende Funktionalität erfüllen können. Die Struktur ist damit nur noch 4 Nanometer groß, hieß es in dem Bericht, den die Forscher im Fachmagazin 'Nature Nanotechnology' veröffentlichten.

Das Wichtige an dem Projekt sei es gewesen, dass die Wissenschaftler nicht einfach wie bisher relativ zufällig atomare Strukturen manipulierten. Statt dessen wurden die Atome einzeln an ihren jeweiligen Ort gelegt, bis man die gewünschte Elektronik-Komponente fertig gestellt hatte.

Die Forscher nutzten zur Konstruktion des Transistors ein Rastertunnelmikroskop. Die Ergebnisse des Projekts sollen letztlich wichtige Erkenntnisse bei der Entwicklung von Quantencomputern bringen, von denen sich der nächste große Sprung im Computing erhofft wird.

Quelle : http://winfuture.de

[SiLæncer]

Als das Nobelpreiskomitee im Oktober Forschungsarbeiten an dem Nanomaterial Graphen auszeichnete, waren das im Wesentlichen Vorschusslorbeeren. Die elektronischen Anwendungen der einlagigen Kohlenstoffschichten sind bislang Labor-Demos. Doch ständig kommen neue hinzu, und die haben es in sich, wie nun eine Arbeit von zwei US-Ingenieuren zeigt.

Kartik Mohanram von der Rice University und Alexander Balandin von der University of California in Riverside haben einen Graphen-Transistor gebaut, der zwischen drei verschiedenen Betriebsarten hin und her geschaltet werden kann, berichtet Technology Review in seiner Online-Ausgabe. Der konfigurierbare Transistor ist ein analoges Bauteil, wie es auch in Bluetooth-Headsets oder RFID-Schaltkreisen verwendet wird. Er eignet sich für äußerst kompakte Chips, die Signale für die drahtlose Datenübertragung erzeugen.

Seine überragenden physikalischen Eigenschaften verdankt Graphen der Wabenstruktur, in der die Kohlenstoffatome angeordnet sind. Elektronen fließen durch die zweidimensionale Struktur bei Zimmertemperatur schneller hindurch als durch jedes andere Material. Prototypen von Graphen-Transistoren haben deshalb Schaltraten von bis zu 100 Gigahertz erreicht – zehnmal mehr als die besten Siliziumtransistoren. Theoretische Berechnungen zeigen, dass sogar das Tausendfache, also 10 Terahertz, möglich ist. Graphen sollte sich zudem leicht in heutige Halbleiter-Fertigungstechniken integrieren lassen.

Mehr zum Thema in Technology Review online:

    * Aus drei mach eins

Quelle : www.heise.de

[SiLæncer]

Wissenschaftler der North Carolina University in Raleigh haben einen Transistor entwickelt, der sowohl schnell schalten als auch seine Inhalte ohne Stromzufuhr speichern kann. Sie verwenden dafür zwei schaltende Gates, wodurch sich die positiven Eigenschaften bisheriger Speicher kombinieren lassen sollen.

Was die NCSU jetzt wie viele zuvor als "mögliche Revolution für Computerspeicher" ankündigt, entspricht in der Tat der Quadratur des Kreises: ein Transistor, der sowohl schnell schaltet als auch seine Ladung speichern kann. Bisher sind das Gegensätze, die sich kaum vereinen lassen. Flüchtige Speicher wie DRAM sind schnell, brauchen aber ständig Strom. Nichtflüchtige Speicher wie Flash sind beim Lesen und vor allem beim Schreiben um Größenordnungen langsamer, können ihre Inhalte aber auch ohne Energie jahrelang speichern.

Die Forscher schlagen nun vor, das Prinzip des Feldeffekttransistors mit insgesamt drei Gates zu erweitern: Ein "Control Gate" soll zwei darunter liegende steuern. Eines von diesen kann schnell schalten, das andere lässt sich dauerhaft beschreiben. Die Informationen der beiden Speicher lassen sich untereinander kopieren. Sofern sich die Konstruktion günstig in Serie fertigen lässt, wären damit die Vorteile von Flash und DRAM vereint.

Nicht nur die Aufhebung der räumlichen Trennung der beiden Speicherarten - was durch Controller und Chipsätze viel Raum beansprucht - wollen die Wissenschaftler damit erreichen. Ein Computer mit dem "double floating-gate FET" soll auch neue Funktionen beherrschen. Bei einem Server, so die NCSU, könne auch ein Teil des Hauptspeichers bei geringer Last abgeschaltet werden: Die Informationen dieses Speicherteils werden in die nichtflüchtigen Zellen kopiert.

Ebenso sollen Rechner schneller starten können, indem der gesamte Speicherinhalt in die Flash-äquivalenten Zellen kopiert wird. Das entspräche dem schon heute üblichen Suspend-to-Disc (ACPI S5), was moderne PCs und Betriebssysteme beherrschen. Unter Windows 7 heißt diese Funktion "Ruhezustand".

Der neue Feldeffekttransistor ist nur einer der Ansätze, den Forschung und Industrie schon seit Jahren verfolgen, um Flash und DRAM zu vereinen - serienreif ist bis auf das nur selten eingesetzte PRAM noch nichts davon geworden. Neben dieser, vor allem von Samsung vorangetriebenen Technik, forscht IBM an Racetrack-Memory und HP am Memristor.

Ihre Überlegungen wollen die Forscher der NCSU am 10. Februar 2011 in der Fachpublikation "Computer" des IEEE-Gremiums veröffentlichen.

Quelle : www.golem.de