Neues Material für energiesparende Transistoren

Aufbau eines Logikschalters aus Palladiumsulfid Grafik: Agnieszka Kuc/Universität Leipzig

Das verringert die Abwärme und verbessert damit die Energiebilanz erheblich, außerdem wird das Recycling erleichtert. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Wissenschaftler jetzt im Fachjournal „Advanced Materials“ veröffentlicht. Das Schichtmaterial Palladiumdisulfid ist als Einzellage halbleitend, als Doppellage metallisch.

Daher kann es – anders als bei herkömmlichen Transistoren – gleichzeitig zur Herstellung der stromleitenden Kontaktelektrode und auch der halbleitenden Schalter genutzt werden. Im herkömmlichen Transistor, dem grundlegenden Baustein eines Computer-Prozessors, ist das Halbleitermaterial – meist Silizium – mit stromleitenden Metallelektroden versehen.

Diese bestehen häufig aus Gold. Bei Stromfluss treten sogenannte Kontaktwiderstände auf. Dadurch entstehen zwangsläufig Leitungsverluste, die ungünstig für die Energieeffizienz sind und zu Abwärme führen. Das Alternativkonzept von Heine und seinem Team nutzt ein und dasselbe Material sowohl für die Kontaktelektroden als auch für den halbleitenden Schalter: Palladiumdisulfid. Da Halbleiter und Elektrode aus der gleichen Kristallstruktur bestehen, wird der Kontaktwiderstand minimiert.

Die Möglichkeit, einen Transistor aus nur einem Grundmaterial herzustellen, hat nach den Worten Heines auch weitere Vorteile: So muss beim Recyceln eines Computers nicht – wie bisher üblich – der Halbleiter in einem aufwändigen Verfahren von den leitenden Kontakten aus Gold getrennt werden. „Auch die Miniaturisierung von Transistoren kann so weiter voranschreiten, denn ein ultradünnes Material wie Palladiumdisulfid ist schon so dünn wie es geht“, sagt der Chemiker.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sieht Heine in der flexiblen Elektronik, etwa beim Anbringen von Solarzellen auf einer Jacke. „Dafür muss das Material flexibel sein. Palladiumdisulfid wäre dafür geeignet. Es gibt aber auch weitere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften“, erklärt der Wissenschaftler, der seit Juli dieses Jahres an der Universität Leipzig tätig ist und zuvor an der Jacobs University in Bremen geforscht hat.

Zu den Autoren des Beitrags in „Advanced Materials“ gehören neben Heine auch Dr. Agnieszka Kuc (Leipzig), Dr. Mahdi Ghorbani-Asl (Cambridge) und Dr. Pere Miro (Northwestern University). Alle vier Wissenschaftler forschten gemeinsam an der Jacobs University in Bremen.

Originaltitel der Veröffentlichung: A single material logical junction based on two-dimensional crystal PdS2

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201504274/epdf

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Susann Huster Universität Leipzig

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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