PSI macht Fortschritte bei Silizium-Nachfolge

9. Dezember 2022, 11:10
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Milan Radovic (l.) und Eduardo Bonini Guedes von der Forschungsgruppe Spektroskopie von Quantenmaterialien. Foto: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic

Noch gehört die Silizium-Technologie nicht zum alten Eisen, aber Forschende weltweit arbeiten an neuen Materialien. Das Paul Scherrer Institut meldet einen Meilenstein.

Mikrochips bestehen aus Silizium und arbeiten nach dem physikalischen Prinzip des Halbleiters. Daran habe sich nichts geändert, seit in den amerikanischen Bell-Labs im Jahr 1947 der Transistor erfunden wurde, schreibt das Paul Scherrer Institut (PSI). Die Silizium-Technik werde rasant weiterentwickelt. Etwa habe IBM den ersten Mikroprozessor vorgestellt, bei dem die Transistorstrukturen nur noch zwei Nanometer klein sind – so gross wie 20 Atome nebeneinandergelegt.
Daneben wird aber auch an möglichen Alternativ-Materialien geforscht, etwa am PSI. Ein Team des Instituts arbeitet nicht mit Silizium, sondern mit Oxiden aus Übergangsmetallen. Ziel ist es, den Oxiden halbleiterähnliche Eigenschaften zu entlocken.
Das Team um Milan Radovic hat diese Woche sein Forschungsergebnis zu transparenten Oxiden präsentiert.
In ihrer aktuellen Arbeit fokussieren die PSI-Forschenden auf Barium-Zinn-Oxid (BaSnO3). Es verbinde optische Transparenz mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Damit sollen schliesslich Schaltelement ermöglicht werden, bei denen die elektronischen Eigenschaften direkt mit den optischen Eigenschaften gekoppelt sind. Dies würde Transistoren ermöglichen, die sich mit Licht schalten lassen.
Alle Mikrochips sind aus Kombinationen unterschiedlicher Materialien aufgebaut. Für ihre Funktion ist es laut PSI wichtig zu wissen, was sich in den dünnen Grenzschichten zwischen diesen Materialien abspielt. Denn an ihrer Oberfläche haben manche Materialien andere physikalische Eigenschaften als in ihrem Inneren.
An den Grenzen von Materialien könnten exotische Phasen der Materie entstehen. Für diese Erkenntnis wurde 2016 der Physik-Nobelpreis verliehen. Der jetzt veröffentlichte PSI-Beitrag beschreibt erhebliche Fortschritte im Verständnis der elektronischen Eigenschaften der Oberfläche von BaSnO3, vermeldet das Forschungsinstitut. Man habe den zweidimensionalen elektronischen Zustand bei BaSnO3 aufdecken können, "der neue Perspektiven für diese Materialklasse eröffnet", betont Eduardo Guedes, Postdoc am PSI.
Noch aber wird die Silizium-Technologie nicht abgelöst. Denn diese sei hoch entwickelt und leistungsfähig. "Aber Technologie auf Basis von Oxiden aus Übergangsmetallen ist leistungsfähiger und vielfältiger – ihre Zeit wird kommen", so PSI-Wissenschaftler Radovic.

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