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Computertechnologie

Chips schmelzen im Terahertz-Takt

Mit elektrischen Pulsen können Forscher Bauteile aus phasenveränderlichen Materialien viel schneller schalten, als das mit Siliziumtechnologie möglich wäre.
Elektronik

Die Suche nach den Computerchips der Zukunft verläuft auf vielen verschiedenen Pfaden. Auf einem entwickeln Forscher immer kleinere Bauteile, um mehr davon auf weniger Raum unterzubringen. Weil die aktuell gängige Siliziumtechnologie durch diesen Miniaturisierungstrend langsam, aber sicher an ihre Grenzen stößt, kommen in den Plänen von Chipentwicklern wie IBM alternative Materialien wie Graphen und Kohlenstoffnanoröhren zum Einsatz, in die die Firmen Milliarden Dollar investieren.

Ein völlig anderes Konzept für schnellere Computer haben nun Forscher um Desmond Loke aus Cambridge und Singapur vorgestellt. Sie verwendeten ein so genanntes Phase-change-Material, das sich bis zu dreimal rascher schalten lässt als Siliziumbauelemente. Deshalb kann es einen höheren Takt fahren. Im Labor schufen die Wissenschaftler den Prototyp eines elektronischen Bauteils aus einer Legierung der Halbleiter Germanium, Antimon und Tellur. Diesen schmolzen sie mittels elektrischer Spannungspulse teilweise vom kristallinen in einen glasartigen Zustand.

Der Prototyp bestand aus einer 35 Nanometer dicken Schicht der Halbleiterlegierung, die zwischen zwei dickeren Schichten aus Titan-Wolfram auf einem Silizium-Wafer abgeschieden wurde. Die Forscher untersuchten ihr Bauteil mit Messungen des elektrischen Widerstands und Computermodellen. Diese ergaben, dass sich die Atome der Halbleiterlegierung durch den Zufluss an Energie aus dem Spannungspuls aus ihrer Kristallstruktur lösten. Ein Schmelzprozess setzte ein. Diese Phasenumwandlung sorgte für eine Änderung der Leitfähigkeit des Bauteils. Darauf aufbauend ließ sich der Prototyp als Schalter nutzen, der mittels elektrischer Pulse logische Operationen wie NOR und NOT ausführte – die Basis, auf der ein Computer rechnet.

Bisher kam in solchen Phasenumwandlungsschaltern der umgekehrte Prozess zum Zuge: Man kristallisierte ein Material und änderte so dessen Leitfähigkeit. Dieser Vorgang ist aber relativ langsam. Will man ihn beschleunigen, wird das System unzuverlässig. Das Experiment aus Cambridge schafft es, dieses Problem zu lösen. Die Forscher sehen sich nun auf dem richtigen Pfad, um Computer mit Taktfrequenzen im Terahertzbereich zu ermöglichen.

36. KW 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 36. KW 2014

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