23/11/2012 - Hochleistungs-Dielektrischer Strom für Computer der Zukunft

Menéame

Die Gruppe dünne und Mikroelektronik-Folien der Universidad Complutense de Madrid (UCM) entwickelt neue Materialien, genannt 'Hochfreiwillige dielektrische' (high-k dielectrics), für zukünftige Computer. Da die Konstruktion und Fertigung so kostengünstig wie möglich gestaltet werden sollte, hat die Gruppe weltweit eine Pionierproduktionsmethode entwickelt, die weit weniger umweltbelastend ist als andere Techniken.

Dieser Weg der Geräteherstellung, genannt "Hochdruck-Plasmasprühen"durch ein Patent geschützt worden ist und es ermöglicht, neue Familien dieser Produkte zu erwerben. Die neuen Werkstoffe sollen herkömmliche Silizium-basierte Materialien ersetzen, die seit Beginn der Transistorherstellung verwendet wurden.

Die Gruppe erforscht diese neue Art von Materialien mit Naturelementen, die so exotisch wie Gadolinium oder Scandium. Eines der Schlüsselelemente, die es ermöglichen, sehr ermutigende Ergebnisse zu erzielen, ist die Verwendung einer Kombination dieser beiden Elemente, die Oxide bilden.

Darüber hinaus wurde eines der jüngsten "beeinträchtigendsten" Ergebnisse - nach Angaben der Projektträger - durch das Team erreicht. Ersatz für herkömmliches Siliziummaterial - das seit mehr als 50 Jahren verwendet wird - durch Materialien wie Indianerphosphid (InP).

Vor kurzem wurde über die OTRI der UCM ein Antrag auf ein spanisches Patent gestellt, um die Ergebnisse der beteiligten Forscher zu schützen, in denen neue Strategien für die Herstellung von Transistoren mit hochfreier dielektrischer Energie vorgeschlagen werden.

Die Herstellung dieser neuen hochfreiwilligen Materialien (physischer Zustand, der beschreibt, wie ein elektrisches Feld mit einem Medium verbunden ist) wird in einem sauberen Raum unter den strengsten Bedingungen der Kontrolle von Feuchtigkeit, Temperatur, Beleuchtung und Anzahl der Staubpartikel durchgeführt. Die Anzahl der Partikel in diesem Raum ist mehr als 100 Mal niedriger als im Krankenhaus-OP.

Vorrangige Forschungsschwerpunkte

Hochfreiwillige Dielektrische (high-k dielectrics) haben eine unmittelbare Zukunft und bilden die Technologie, die die nächsten Computer, elektronischen oder mobilen Tablets, die wir morgen kaufen, mit sich bringen werden. Diese Materialien sind Teil der vorrangigen Forschungslinien sowohl der Industrie (und der Intel-Firma) als auch der weltweit größten Mikroelektronik-Forschungszentren (wie Imec in Löwen (Belgien) oder Leti in Grenoble (Frankreich). Tatsächlich sind einige dieser Materialien, wie Hafniumoxid, bereits in die Produktionslinie der Prozessoren integriert, die wir nach Hause bringen können.

Der Mitbegründer von Intel, Gordon Moore, gründete in den frühen Anfängen der Mikroprozessorindustrie, den 50er Jahren, das sogenannte Moore-Gesetz. Dieses Gesetz sieht vor, dass die Anzahl der Transistoren, die Basiseinheit des Computers, auf einem Chip wird alle zwei Jahre verdoppelt.

Für Forscher ist dies seit Jahren in immer kleinere Transistoren übersetzt worden (derzeit ist die Größe, die die Transistortechnologie begrenzt, 22 Nanometer). Die Bürgerschaft wiederum konnte indirekt die Entwicklung dieses Gesetzes durch die immer schnelleren und effizienteren Computergenerationen verfolgen, die auf den Markt kamen: 286, 386, 486, Pentium I, II, III, IV, Dual Core, Titanium,...

Heute erreicht Moores Gesetz die Grenze des Geringsten. An dieser Grenze ist die Dicke der Schichten, die Transistortechnologie definieren, von einigen wenigen Atomen und beginnen unerwünschte Phänomene zu erscheinen, wie Lecks im Transistor, die Energie verbrauchen und das Gerät übermäßig erhitzen.

In Erwartung der Entwicklung von Technologien, die noch nicht reif genug sind, um die Industrie (wie Molekularelektronik, optische Transistoren oder Quantenrechner) zu erreichen, werden weiterhin technologische Alternativen entwickelt, die es ermöglichen, die Verarbeitungsrate in der heutigen Technologie weiter zu erhöhen und den Energieverbrauch unserer Computer in naher Zukunft zu senken.

bibliographische Referenz:

Feijoo P.C., del Prado Á., Toledano-Luque M., San Andrés E., Lucia M.L., Journal of Applied Physics 107: 084505, 2010.

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