Halbleiter erreichen die Quantenwelt

23. Dezember 2021, 13:24
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Ein neues Verbundmaterial integriert Quanten-Elemente in die Halbleitertechnologie. Dies soll elektronische Bauteile deutlich leistungsstärker machen.

Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der US-Universität Cornell melden eine mögliche Wendung in der Halbleitertechnologie. Sie haben laut einer Mitteilung ein neues Verbundmaterial identifiziert, das Quantenbauelemente in die Halbleitertechnologie integrieren könnte. Dies könnte elektronische Bauteile deutlich schneller machen, so das PSI.
Verbesserungen bei der Bandbreite der Datenübertragung, der Energieeffizienz und der Informationssicherheit stehen sowohl bei der Entwicklung als auch in der Forschung von Halbleitern im Fokus. Ein möglicher Durchbruch könnte sein, Quanteneffekte einzubeziehen, so das PSI.
Dabei seien vor allem Quanteneffekte denkbar, die in supraleitenden Materialien auftreten können. Supraleiter sind Stoffe, in denen der elektrische Widerstand verschwindet, sobald sie auf eine bestimmte Temperatur gekühlt werden. Dass sich in Supraleitern auch Quanteneffekt ausnutzen lassen, habe sich bereits in ersten Quantencomputern gezeigt, heisst es weiter.
Um mögliche Nachfolger für die heutige Halbleiter-Technologie zu finden, untersuchen Forschende sogenannte Heterostrukturen, also Strukturen, die aus zwei verschiedenartigen Materialien bestehen. Genauer gesagt, gehe es um Schichtsysteme aus supraleitenden und halbleitenden Materialien.
Es sei schon länger bekannt, dass man dafür Materialien mit sehr ähnlichen Kristallstrukturen auswählen müsse, damit es an der Kontaktfläche nicht zu Spannungen komme, so John Wright, der an der Cornell-Uni die Heterostrukturen für die vorliegende Studie hergestellt hat.
Interessant seien hier zwei Materialien: Der bereits gut erforschte Halbleiter Galliumnitrid (GaN) sowie der Supraleiter Niobnitrid (NbN), so die Mitteilung. Gemeinsam hätten die Forschergruppen vom PSI und der Cornell-Universität das Verhalten der beiden Materialien erforscht. In einem Experiment habe man feststellen können, dass unerwünschten Wechselwirkungen stattfinden. Die Details zum Experiment und den Ergebnissen haben die Forschenden heute im Fachblatt 'Sciences Advances' publiziert. 

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