Winziger Spalt in Computerchips könnte allen den Tag verderben, warnen Wissenschaftler

Jahrzehntelang war die Tech-Industrie auf einer glorreichen Erfolgsspur: Mach die Komponenten kleiner, werde reicher, wiederhole. Jetzt haben Wissenschaftler der TU Wien entdeckt, dass der nächste große Schritt – die Verwendung von 2D-Materialien wie Graphen oder Molybdändisulfid – an einer buchstäblichen atomaren Wand scheitern könnte. Genauer gesagt, an einem Spalt von etwa 0,14 Nanometern, der dünner ist als ein einzelnes Schwefelatom und etwa 700 Mal kleiner als ein SARS-CoV-2-Virus. Aber lassen Sie sich von der Größe nicht täuschen: Diese mikroskopische Lücke könnte der Spielverderber sein, der verhindert, dass zukünftige Computerchips noch kleiner werden.

Hier ist das Problem, erklärt von den Professoren Mahdi Pourfath und Tibor Grasser: 2D-Materialien sind großartig, aber sie arbeiten nicht allein. Man braucht eine isolierende Schicht (normalerweise ein Oxid), um einen Transistor zu bauen. Und wenn diese beiden Schichten zusammenkommen, kuscheln sie nicht gerade. Stattdessen werden sie durch schwache Van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten, was einen winzigen Spalt hinterlässt, der die kapazitive Kopplung schwächt. Mit anderen Worten: Egal wie erstaunlich das 2D-Material ist, dieser Spalt wird zum Spaßbremse, die die Miniaturisierung begrenzt.

Die Forschung des Teams deutet darauf hin, dass viele Studien zu sehr damit beschäftigt waren, die Eigenschaften der 2D-Materialien selbst zu bewundern, während sie die unbequemen Grenzflächen ignorierten, die sie in realen Geräten bilden. Dieses Versehen könnte die Halbleiterindustrie dazu bringen, Milliarden für Ansätze auszugeben, die aus fundamentalen physikalischen Gründen einfach nicht funktionieren werden. Denn nichts sagt „effiziente F&E“ wie die Entdeckung eines grundlegenden Fehlers, nachdem das Geld bereits ausgegeben ist.

Aber es gibt einen Hoffnungsschimmer: „Reißverschluss-Materialien“. Das sind Systeme, bei denen die Halbleiter- und Isolierschicht enger binden und den Spalt beseitigen. Die Forscher sagen, dass dies den Tag retten könnte – wenn die Industrie beginnt, beide Schichten von Anfang an gemeinsam zu entwerfen. Andernfalls riskieren sie, in eine Sackgasse zu investieren. Die Lehre ist also klar: Überprüfen Sie Ihre atomaren Spalten, bevor Sie den großen Scheck ausstellen.