Neues Transistormaterial für effizientere Chips

Das bislang vor allem als Schmiermittel genutzte Material Molybdänit (MoS2) hat großes Potenzial für die Elektronik, so Forscher am École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Denn es verspricht als Transistormaterial große Vorteile gegenüber den wichtigsten Konkurrenten, so das Team des Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES) in der Zeitschrift Nature Nanotechnology. Im Vergleich zum Kohlenstoff-Wundermaterial Graphen ist Molybdänit demnach besser für Halbleiterelektronik geeignet. Die Energieeffizienz ist indes bis zu 100.000 mal höher als bei klassischem Silizium.

Effizienzwunder

„Bei digitaler Elektronik nutzt man Transistoren in On- und Off-Zustand, um die Nullen und Einsen digitaler Informtion darzustellen“, erklärt LANES-Leiter Andras Kis gegenüber pressetext. Doch wenngleich Off eigentlich ein Standby-Zustand ist, verbraucht er bei Silizium-Transistoren doch viel Strom. Mit Molybdänit lässt sich diese Verschwendung um einen Faktor 100.000 reduzieren. „Da selbst beim Schreiben dieser E-Mail ein großer Teil der Transistoren im Prozessor im Off-Zustand sind, kann der reduzierte Verlust ein große Einsparung bringen“, betont der Physiker.

Im On-Zustand fällt die Stromersparnis eines Transistors durch die Silizium-Alternative nicht so dramatisch aus. Wie viel effizienter ein Molybdänit-Prozessor in der Praxis ist, muss also erst mit einem Prototypen ermittelt werden, so Kis. Fest steht hingegen, dass das Schmiermittel-Material im Gegensatz zu Silizium auch in atomdünnen Schichten und somit kompakter verarbeitet werden kann. Diesen Vorteil teilt sich Molybdänit mit dem Kohlenstoff-Material Graphen.

Echter Halbleiter

Physiker an der University of Manchester haben 2010 für ihre Entdeckung des Graphens den Physiknobelpreis erhalten. So sehr das Material auch als großer Hoffnungsträge für die Elektronik-Zukunft gilt, hat Molybdänit laut den EPFL-Forschern doch einen wichtigen Vorteil. „MoS2 ist wirklich ein Halbleiter wie Silizium, während Graphen an sich ein sehr guter Leiter ist – besser als Kupfer“, erklärt Kis.

Während das Kohlenstoff-Material nur mit relativ großem Aufwand zu Halbleiter-Elektronikelementen verarbeitet werden kann, bietet sich Molybdänit für solche Anwendungen direkt an. Die Fertigung wichtiger Elektronikbauteile ist somit einfacher und sollte somit auch billiger sein. Daher könnte einschichtiges Molybdänit Graphen speziell in Bereichen ergänzen, wo ein dünner transparenter Halbleiter erforderlich ist, wie beispielsweise in der Optoelektronik, so das LANES-Team in Nature Nanotechnology.