News | 31.01.2011 | Drucken | Teilen

Werkstoffe

Molybdänit für energiesparende Nanotransistoren

Molybdänit auf Quarz
© John Chapman
CC BY-SA
Besonders kleine und energieeffiziente Transistoren für Computerchips lassen sich aus dem Material Molybdänit herstellen, wie Physiker der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) berichten. Das in der Natur reichlich vorkommende Mineral habe klare Vorteile gegenüber dem heute für Computerchips gängigen Halbleiter Silizium sowie dem auf Kohlenstoff basierenden Graphen, das als künftiges Baumaterial für Transistoren gehandelt wird, so die Forscher um Andras Kis.

Molybdänit im Transistor
© EPFL
 Bild vergrößernMolybdänit im Transistor
Diese Modelldarstellung zeigt, wie sich das Molybdänit in einem Transistor integrieren ließe.
Ähnlich wie die Kohlenstoffmodifikation Graphit – Basis für Graphen – ist Molybdänit (MoS2 ) aus ultradünnen Schichten aufgebaut, die aus einem nur drei Atomlagen dicken Sandwich aus Molybdän- und Schwefelatomen bestehen. Einzelne Molybdänitschichten eigneten sich besonders für den Bau von sehr kleinen Transistoren, so Kis: In einer nur 0,65 Nanometer dünnen Molybdänitlage seien Elektronen genauso beweglich wie in einer 2 Nanometer dünnen Schicht aus Silizium. Und zur Zeit könnten noch keine Siliziumschichten gefertigt werden, die genauso dünn seien wie einzelne Molybdänitlagen. Auch der geringe Energieverbrauch macht das Material interessant: Transistoren aus Molybdänit verbrauchen 100 000 Mal weniger Energie im Standby-Modus als traditionelle Siliziumbauteile.

Graphen wiederum besteht zwar ebenso aus sehr dünnen Schichten, die sich aus Graphit gewinnen lassen, was den Bau sehr kleiner Transistoren erlaubt. Gegenüber Graphen hat Molybdänit aber einen für den Bau von Transistoren wichtigen Vorteil: Es wirkt als ein Halbleiter und verfügt über eine so genannte Bandlücke – einen Energiebereich, der für Elektronen "verboten" ist. Die Existenz der Bandlücke ist wichtig, um die Bewegung der Elektronen zu kontrollieren und auf einfache Weise zwischen dem An- und Auszustand eines Transistors umschalten zu können. Graphen hat als Halbmetall keine Bandlücke; sie muss erst durch Bearbeitung des Materials erzeugt werden. Außer für Computerchips ließe sich Molybdänit zudem für Leuchtdioden oder Solarzellen verwenden, nennt Kis weitere Einsatzmöglichkeiten des Werkstoffs. (cm)
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