#1 15. September 2006 Der Traum vom Terahertz-Transistor Forscher an der University of Rochester glauben, dass sie Transistoren bauen können, die bei Raumtemperatur mit sage und schreibe drei Terahertz betrieben werden können. Die Technik, der so genannte "Ballistic Deflection Transistor", wird zwar so schnell nicht auf den Markt kommen - doch sie nutzt einige hoch spannende Designtheorien, die in Zukunft eine wichtige Rolle spielen könnten. Die Halbleiterindustrie sucht händeringend nach einer Alternative zu traditionellen Transistoren, weil Ingenieure seit längerem vorhersagen, dass man mit der aktuellen Technik in den nächsten zwei Jahrzehnten sowohl an Geschwindigkeits- als auch Verkleinerungsgrenzen stoßen wird. "Viele Leute arbeiten an Dingen, die das nächste große Ding sein könnten", meint Stan Williams, Transistoren-Forscher bei Hewlett Packard in Palo Alto in Kalifornien. Aktuell erreichen die allerschnellsten Transistoren einige Hundert Gigahertz. Sie werden in Telekommunikationsgeräten verbaut. Es gibt bereits Einzelstücke, die mit 500 Gigahertz laufen, doch diese müssen auf sehr niedrige Temperaturen heruntergekühlt werden. Der "Ballistic Deflection"-Ansatz soll diese Geschwindigkeitsrekorde brechen - und zwar bei Raumtemperatur. Dazu werden die Elektronen auf neuen Wegen durch den Transistor geleitet. HP-Forscher Williams sieht in dem frühen Prototypen der University of Rochester viel Potenzial. Er ist allerdings skeptisch, dass dieses Design tatsächlich aktuelle Transistoren ersetzen kann. Forscher bei HP hätten vor vielen Jahren an einer ähnlichen Idee gearbeitet, so Williams, entschieden sich aber dagegen, sie weiterzuverfolgen, weil man damals sehr geringe Temperaturen brauchte. Sollte der neue Ansatz nun aber so gut wie vorhergesagt bei Raumtemperatur arbeiten, dann "haben die da was", sagt Williams. In heutigen modernen Transistoren bewegen sich Elektronen durch Schichten von Halbleitermaterial und sammeln sich dann an einem Kondensator - ist dieser aufgeladen, bedeutet dies die binäre 1 ("An"), ist er entladen, die binäre 0 ("Aus"). Im Rochester-Prototypen folgen die Elektronen jedoch einer Linie, die einem zweidimensionalen Weg folgt. Ein elektrisches Feld manipuliert dabei ihre Richtung - sie springen im Anschluss von einer kleinen Dreiecksstruktur weg, die in ihrem Weg liegt. Werden die Elektronen nach rechts abgelenkt, entspricht dies einer 1, werden sie nach links abgelenkt, einer 0. Die neue Arbeit ist nicht der erste Versuch, elektrische Felder zur Steuerung von Elektronen in einem Transistor einzusetzen. Seit Jahren arbeiten Forscher bereits mit Y-förmigen Strukturen, um Elektronen nach links oder rechts abzulenken. Das Rochester-Design ist aber abgewandelt: Während bei anderen Ansätzen das elektrische Feld hauptsächlich zur Steuerung verwendet wird, prallen die Elektronen hier an der Mini-Dreiecksstruktur ab. Das elektrische Feld müsste also nicht so viel Energie aufwenden, der Transistor würde effizienter arbeiten. Doch eine Herausforderung bleibt: Es muss noch das richtige Material für dieses innovative Design gefunden werden, Silizium schließt sich nämlich aus. Bei Raumtemperatur werden Elektronen im Silizium von anderen Partikeln abgelenkt - und zwar im Durchschnitt alle 10 Nanometer. Diese Ablenkungsbreite nennt sich auch "mittlere freie Weglänge". Diese Distanz ist für den Rochester-Transistor zu klein, um nutzbar zu sein. Die Elektronenkanäle und die Mini-Dreiecksstruktur müssten dazu unfassbar klein sein - zu klein. Stattdessen setzten die Forscher auf die Materialien Indium-Gallium-Arsenid und Indium-Phosphid. Dort beträgt die mittlere frei Weglänge 220 Nanometer. Je größer sie ist, desto mehr Platz bleibt für die einzelnen Teile des Transistors, erklärt Martin Margala, Professor für Elektro- und Computeringenieurwesen an der University of Rochester. Doch selbst in diesem Maßstab ist die Transistoren-Lithographie noch eine große Herausforderung. So wurde extra ein neuer Produktionsprozess geschaffen, der Strukturen in der Größe von rund 70 Nanometern bauen kann. Wird es noch kleiner, ist die Mini-Dreiecksstruktur nur noch ein Punkt. "Dann verlieren wir die Effizienz sehr, sehr schnell", meint Margala. Seine Gruppe testet den Prototyp-Transistor nun auf Herz und Nieren. Aimin Song, Professor für Elektroingenieurwesen an der University of Manchester, ist sich sicher, dass er funktionieren wird. Er basiere ja auf den gleichen Prinzipien und Architekturen, die sich in anderen Schaltkreisen bewiesen hätten. Songs Labor nutzte so beispielsweise einen ähnlichen Ansatz, um einen Gleichrichter zu bauen. Song hält es allerdings nicht für besonders einfach, diese Architektur auf die Halbleiterindustrie zu übertragen. Die Materialien sind eher exotisch und deutlich teurer als Silizium. Gallium-Arsenid, das inzwischen häufiger verwendet wird, könnte eine Alternative sein - hier liegt die mittlere freie Weglänge bei rund 150 Nanometern bei Raumtemperatur. Das "Ballistic Deflection"-Design könnte darauf angepasst werden, auch wenn es dazu nochmals verkleinert werden müsste. "Das geht schon an die Grenzen dessen, was mit moderner Nanolithographie möglich ist", sagt Song. Quelle: Technology Review + Multi-Zitat Zitieren
#2 16. September 2006 AW: Der Traum vom Terahertz-Transistor Na das klingt doch schonmal interresant. Ich bin mal gespannt, ob das noch auf dem Markt kommt, in der Zeit in der meine Generation die 1989 noch leben. Aufjeden Fall werden wir um einiges schneller werden. + Multi-Zitat Zitieren
#3 16. September 2006 AW: Der Traum vom Terahertz-Transistor Hoffentlich baut AMD noch einen Prozessor dieser Technologie für den Sockel 939 xD^^ Dann werd ich auch nochmal aufrüsten Im Ernst: Bis ein Transistor dieser Leitsungskapzität auf dem Markt ist werden bestimmt noch ein paar Jahrzente vergehen... mfg King_korn + Multi-Zitat Zitieren
#4 16. September 2006 AW: Der Traum vom Terahertz-Transistor ach das glaubt ihr doch selbst nicht ^^ vor über 30 jahren gab es sowas wie computer noch nicht einmal und jetzt liest man sowas. ich geb dem ganzen maximal 10 Jahre und dann haben wir auch für desktop pc's 1 Teraherz. Allerdings frag ich mich was soviel ressourcen brauchen könnte? Ach ja der Nachfolger von Windows Vista XD mfg + Multi-Zitat Zitieren
#5 16. September 2006 AW: Der Traum vom Terahertz-Transistor hehe =D @rend: was der 10-jahres-theorie widersprechen würde ist, das der sprung ein sehr gewaltiger ist. damit will ich nicht darauf hinweisen, das es bis dahin nicht technisch möglich ist sondern vielmehr sagen, dass AMD und Intel bis dahin noch viel besser geringere sprünge vollziehen, um so dem kunden mehr möglichkeiten zu geben, öfter auszurüsten und somit mehr geld einzubringen + Multi-Zitat Zitieren
#6 16. September 2006 AW: Der Traum vom Terahertz-Transistor denke ich auch so ausserdem wird die neue technologie erstmal jahrzehntelang sooo teuer sein das sich das keiner leisten kann, selbst wenn es schon für die öffentlichkeit zugängig wäre. + Multi-Zitat Zitieren