Neuartige Oxide für kleinere und schnellere Transistoren

Forschergruppen aus Augsburg, Genf und Yale berichten in „Nature“ über Fortschritte bei der Ersetzung von Halbleitern durch Materialien mit korrelierten Elektronensystemen

Unter dem Titel „Electric field effect in correlated oxide systems“ berichtet die jüngste Ausgabe von „Nature“ in der Rubrik „Progress“ über Möglichkeiten, in Transistoren Halbleiter durch neuartige Oxide zu ersetzen und damit neue Perspektiven für die Entwicklung wesentlich kleinerer und schnellerer Bauelemente zu erschließen. Zu den Autoren des Beitrags zählt neben den Leitern zweier Forschergruppen der Yale University und der Universität Genf der Augsburger Physiker Jochen Mannhart (Lehrstuhl für Experimentalphysik VI / Elektronische Korrelationen und Magnetismus).

Oxide statt Halbleiter

„Arbeitspferde der modernen Elektronik“ nennt Mannhart Transistoren aus Halbleitern wie etwa aus Silizium. Da die überwiegende Anzahl dieser Transistoren den sogenannten elektrischen Feldeffekt nutzt, werden sie Feldeffekt-Transistoren genannt. In dem in „Nature“ publizierten Artikel (Vol. 424, 28. August 2003, http://www.nature.com/nature/links/030828/030828-4.html) gibt Mannhart gemeinsam mit Ahn (Yale) und Triscone (Genf) einen Überblick über aktuelle Arbeiten und über jüngste Fortschritte, die die eigenen, aber auch konkurrierende Forschergruppen bei der Entwicklung unkonventioneller Feldeffekt-Bauelementen erzielt haben, in denen neuartige Oxide an die Stelle der gängigen Halbleiter treten.

Ultraklein und extrem schnell

Jährlich werden auf der Erde mehr als zehn hoch dreizehn Transistoren hergestellt, um die Geräte und Maschinen zu betreiben, die im Alltag unverzichtbar geworden sind: Autos, Computer, Handys, Küchengeräte … Die Funktion dieser Transistoren beruht auf einer Änderung der Dichte der Elektronen in dünnen halbleitenden Kanälen. Diese Änderung wird durch das Anlegen elektrischer Felder erreicht. Wenn dieses sehr einfache und überaus erfolgreiche Prinzip nun statt auf konventionelle Halbleiter auf neuartige Materialien mit sogenannten korrelierten Elektronensystemen angewendet wird, deren Eigenschaften außerordentlich empfindlich von der Elektronendichte abhängt, eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für die Grundlagenforschung und für die Entwicklung innovativer elektronische Bauelemente. Denn bei der Anwendung auf solch neue Materialien erzeugt das elektrische Feld in den Kanälen sogenannte Phasenübergänge, wobei Isolatoren in Supraleiter oder nichtmagnetische in magnetische Systeme umgewandelt werden. Diese Effekte wiederum schaffen die Voraussetzung für die Realisierung ultrakleiner und extrem schneller Transistoren und Speicherelemente bzw. bisher unbekannter Bauelemente wie elektronisch schaltbarer Magnete.

10th International Workshop on Oxide Electronics

Mannharts Arbeiten auf dem Gebiet neuartiger Oxide, die auch vom Augsburger Sonderforschungsbereich 484 unterstützt wurden, zählen zu den Projekten des vom Freistaat Bayern und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Bereiches „Elektronische Korrelationen und Magnetismus“ (EKM) am Institut für Physik der Universität Augsburg. Unter Federführung Mannharts richtet der Bereich EKM vom 11. bis zum 13. September 2003 in Augsburg auch den 10th International Workshop on Oxide Electronics aus, bei dem rund 160 Wissenschaftler aus der ganzen Welt den aktuelle Stand der Forschung auf diesem Gebiet referieren und diskutieren werden.

Kontakt:
Prof. Dr. Jochen Mannhart
Lehrstuhl für Experimentalphysik VI/EKM
Universität Augsburg
86135 Augsburg
Telefon ++49(0)821/598-3650
Telefax ++49(0)821/598-3652
jochen.mannhart@physik.uni-augsburg.de