Materialwissenschaft
23.01.2023, 12:35 Uhr
MIT-Forscher finden Silizium-Nachfolger TMD
Wissenschaftler des MIT haben mit TMD ein Material präsentiert, das dereinst Silizium als Halbleiter ablösen könnte.
Innerhalb der Maske (rosa) bildet sich eine vorteilhafte 2D-Schicht
(Quelle: mit.edu)
Mit Übergangsmetall-Dichalkogeniden (Transition-Metal Dichalcogenides;TMD) wollen Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) die Elektronik revolutionieren. Dieses Material besteht aus einem Metall wie Molybdän oder Wolfram sowie einem der drei Elemente Schwefel, Selen oder Tellur.
Als 2D-Werkstoff, der nur so dick ist wie ein einziges Molekül, hat er faszinierende Eigenschaften. Er leitet Strom besser als Silizium, der heutige Hauptwerkstoff der Elektronik. Zudem hat TMD alle Eigenschaften, die ein Rohstoff für die Herstellung von Transistoren benötigt, sodass er irgendwann Silizium ablösen könnte. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher im Wissenschaftsmagazin «Nature» veröffentlicht.
Mooresches Gesetz bleibt gültig
«Wir erwarten, dass unsere Technologie die Entwicklung von 2D-Halbleiter-basierten, leistungsstarken elektronischen Geräten der nächsten Generation ermöglichen könnte. Wir haben einen Weg gefunden, das Mooresche Gesetz mit 2D-Materialien einzuhalten», sagt MIT-Forscher Jeehwan Kim. Damit bezieht er sich auf Gordon Moore, Mitgründer des Chipkonzerns Intel, der das Gesetz 1965 formulierte. Es besagt, dass alle ein bis drei Jahre die Zahl der Transistoren verdoppelt, die auf einer bestimmten Fläche Platz haben.
Silizium ist an der Obergrenze angekommen. Mit diesem Werkstoff lässt sich das Gesetz nicht mehr aufrechterhalten. Mit 2D-Werkstoffen schon, glauben die MIT-Ingenieure, die auch das Know-how mehrerer anderer Forschungseinrichtungen in den USA und Südkorea angezapft haben, um zum Ziel zu kommen. Das Geheimnis, wie TMD nutzbar gemacht werden kann, liegt darin, die 2D-Schichten auf einem Siliziumsubstrat abzuscheiden oder wachsen zu lassen.
Genau das ist jetzt gelungen. Bisher entstand dabei ein Patchwork von Kristallen, die zahlreiche Korngrenzen, also Unregelmässigkeiten bilden, die die Leitfähigkeit behindern. «Es galt fast als unmöglich, einkristalline 2D-Materialien auf Silizium zu züchten. Jetzt zeigen wir, dass wir es können. Unser Trick besteht darin, die Bildung von Korngrenzen zu verhindern», so Kim.
