Forscher entwickeln neues Transistorkonzept

Anonim

Transistoren, wie sie in Milliarden auf jedem Computerchip verwendet werden, basieren heutzutage auf Halbleitermaterialien, üblicherweise Silizium. Da die Nachfrage nach Computerchips in Laptops, Tablets und Smartphones weiter steigt, werden neue Möglichkeiten gesucht, diese kostengünstig, energiesparend und flexibel zu fertigen.

Einer Forschergruppe der Universität Hamburg unter der Leitung von Dr. Christian Klinke ist es nun gelungen, Transistoren nach einem völlig anderen Prinzip herzustellen. Sie verwenden Metallnanopartikel, die so klein sind, dass sie im Stromfluss keinen metallischen Charakter mehr zeigen, sondern eine Energielücke aufweisen, die durch die Coulomb-Abstoßung der Elektronen untereinander verursacht wird. Über eine Steuerspannung kann diese Lücke energetisch verschoben und somit der Strom beliebig ein- und ausgeschaltet werden. Im Gegensatz zu früheren ähnlichen Ansätzen werden die Nanopartikel nicht als einzelne Strukturen abgeschieden, wodurch die Herstellung sehr komplex und die Eigenschaften der entsprechenden Komponenten unzuverlässig werden, sondern stattdessen als dünne Filme mit einer Höhe von nur einer Schicht Nanopartikel abgeschieden werden. Mit dieser Methode werden die elektrischen Eigenschaften der Geräte einstellbar und nahezu identisch.

Diese Coulomb-Transistoren haben drei Hauptvorteile, die sie für kommerzielle Anwendungen interessant machen: Die Synthese von Metallnanopartikeln durch Kolloidchemie ist sehr gut steuerbar und skalierbar. Es liefert sehr kleine Nanokristalle, die in Lösungsmitteln gelagert werden können und einfach zu verarbeiten sind. Das Langmuir-Blodgett-Abscheidungsverfahren liefert qualitativ hochwertige Monoschichtfilme und kann auch im industriellen Maßstab eingesetzt werden. Daher ermöglicht dieser Ansatz die Verwendung von Standard-Lithographieverfahren für das Design der Komponenten und die Integration in elektrische Schaltungen, was die Vorrichtungen kostengünstig, flexibel und industrietauglich macht. Die resultierenden Transistoren zeigen ein Schaltverhalten von mehr als 90% und funktionieren bis Raumtemperatur. Dadurch sind in Zukunft kostengünstige Transistoren und Computerchips mit geringerem Stromverbrauch möglich.

Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht .

"Wissenschaftlich interessant ist, dass die Metallpartikel aufgrund ihrer geringen Größe Halbleiter-ähnliche Eigenschaften aufweisen. Natürlich gibt es noch viel zu tun, aber unsere Arbeit zeigt, dass es Alternativen zu herkömmlichen Transistor-Konzepten gibt, die in diesem Bereich eingesetzt werden können die Zukunft in verschiedenen Anwendungsbereichen ", sagt Christian Klinke. "Die in unserer Gruppe entwickelten Geräte können nicht nur als Transistoren verwendet werden, sondern sind auch als chemische Sensoren sehr interessant, weil die Zwischenräume zwischen den Nanopartikeln, die als sogenannte Tunnelbarrieren fungieren, sehr empfindlich auf chemische Ablagerungen reagieren."

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