Fortschritte bei Kohlenstoffnanoröhren in Chips

Materialforschern unter Leitung von Professor Carl V. Thompson sind am Massachussetts Institute of Technology (MIT) Fortschritte bei der Integration von Wachstumstechniken für Kohlenstoffnanoröhren in die gängigen Halbleiterproduktionsprozesse gelungen.

Im Hinblick auf die zunehmende Verkleinerung der Halbleiterstrukturen stoßen die aktuellen Technologien langsam an ihre Grenzen. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Transistoren bestehen derzeit aus Kupfer. Es ist aber absehbar, dass diese bei zukünftigen Prozessgenerationen zu dünn werden würden, um eine ausreichende Leitfähigkeit und Ausfallsicherheit zu bieten. Daher werden dringend Alternativen zum Kupfer benötigt, die auch bei kleineren Strukturgrößen noch ihren Zweck erfüllen. Kohlenstoffnanoröhren könnten nun als Ersatz für die vertikalen Drähte in Chips dienen.

Die MIT-Forscher züchteten bei ihrem neuen Ansatz auf einer metallischen Oberfläche dichte Wälder kristalliner Kohlenstoffnanoröhren. Die dabei herrschenden Temperaturen sollen jenen ähneln, die bei der Chipproduktion auftreten. Im Gegensatz zu früheren Versuchen sollen dabei zudem ausschließlich, bereits in der Halbleiterherstellung gängige Techniken, zum Einsatz gekommen sein. Entscheidend sei dabei das Vorheizen des Kohlenwasserstoffgases vor dem Kontakt mit der Metalloberfläche gewesen. In einem ersten Schritt verdampften die Forscher in einer Vakuumkammer das Halbmetall Tantal und Eisen, die sich dann in Schichten auf einem Silizium-Wafer ablagerten. Dieser beschichtete Wafer wurde anschließend an einem Ende einer Quarzröhre platziert und in einen Brennofen mit verschiedenen Temperaturzonen eingebracht. Die Temperatur am Ende mit dem Wafer betrug 475 Grad Celsius, während sie am anderen Ende variierte. Im nächsten Schritt wurde von dem dem Wafer gegenüberliegenden Ende aus Ethen durch die Röhre geleitet. Als die Temperatur 800 Grad Celsius erreichte, zersetzte sich das Ethen. Das Eisen auf dem Wafer diente dann als Katalysator für die Bildung der Kohlenstoffnanoröhren.

Als nächsten Schritt wollen die Forscher versuchen zu bestimmen, ob verschiedene Kombinationen von Metallen und Kohlenwasserstoffgasen die Katalysetemperatur noch weiter senken und die Qualität der Nanoröhren weiter verbessern können. Bis die Resultate der Versuche Einzug in die Halbleiterproduktion finden, dürften allerdings noch einige Jahre vergehen. Die großen Halbleiterhersteller werden die Fortschritte jedoch mit Interesse beobachten; Intel beteiligte sich sogar schon an der Finanzierung der bisherigen Forschung.