Schaltkreis aus Nanoröhrchen

Schaltkreis aus Nanoröhrchen

Physik Journal – IBM-Forscher haben einen Ringoszillator auf Basis eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens hergestellt.

Wenige Nanometer dicke, einwandige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff gelten als Werkstoff der Zukunft für Nanochips. Je nach ihrer Struktur sind sie hervorragende Leiter oder Halbleiter. Theoretisch haben Transistoren aus diesen filigranen Hohlkörpern das Potenzial, heutige Module aus Silizium zu überflügeln. Während es bisher in den Laboren nur gelungen war, einzelne Transistoren herzustellen, haben amerikanische Wissenschaftler vom IBM-Watson-Forschungszentrum nun auf der Basis eines Röhrchens einen ersten Integrierten Schaltkreis mit insgesamt zwölf Feldeffekttransistoren (FET) gebaut.

Abb.: Ringoszillator auf Basis eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens. Der vergrößerte Ausschnitt oben rechts zeigt das Nanoröhrchen, dass vom Kontakt und der Gate-Elektrode bedeckt ist. (Quelle: IBM

Die Arbeitsgruppe um Phaedon Avouris positionierte für ihr Modul ein wenige Nanometer dünnes und 18 Mikrometer langes Nanoröhrchen auf einer hochreinen, isolierenden Unterlage. Entlang der Röhre setzten sie winzige Metallpunkte aus Palladium und Aluminium mit Methoden, die bereits für die Herstellung von heute weit verbreiteten Metalloxid-Halbleiter-Modulen (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS) Anwendung finden. In dem CMOS-Modul fungieren die Metallpunkte entlang des Nanoröhrchen als Gatterelektroden für eine Reihe abwechselnd angeordneter p-FET und n-FET-Module. Insgesamt bilden sie einen Ringoszillator, der sich als Bauteil ideal dafür eignet, um das Schaltverhalten bei hohen Frequenzen im Megahertzbereich zu testen.

Zwar erlauben Nanoröhrchen aus Kohlenstoff wegen der herausragenden elektronischen Eigenschaften (ballistische Elektronenleitung) prinzipiell schnellere Schaltraten als kristallines Silizium, doch konnte dieses Ziel mit diesem ersten Prototyp noch nicht erreicht werden. Mit ausgefeilteren Produktionsmethoden wollen Avouris und Kollegen diese Hürde nehmen. Zudem weist dieser Integrierte Schaltkreis einen Weg auf, um viele Schaltmodule mit Nanoröhrchen auf engstem Raum zu konzentrieren.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Mai 2006, S. 14

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Zhihong Chen et al., Science 311, 1735 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1122797