500-GHz-Transistor bei -268 °C von IBM

IBM und das Georgia Institute of Technology haben heute angekündigt, dass ihre Forscher den ersten Silizium-basierten Transistor vorgeführt haben, der in der Lage war, bei Frequenzen überhalb von 500 GHz, das entspricht 500 Milliarden Taktzyklen pro Sekunde, zu arbeiten.

Dabei wurde der Transistor tiefgefroren auf 4,5 Kelvin (circa Minus 268,5 Grad Celsius), eine Temperatur nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt. Solche extrem kalten Temperaturen herrschen in der Natur nur im Weltraum, können aber auf der Erde durch ultra-tiefgekühlte Materialien wie flüssiges Helium künstlich erzeugt werden. Computersimulationen deuten darauf hin, dass Silizium-Germaniun (SiGe)-Technologie bei der Verwendung in Chips einmal vielleicht sogar noch höhere Taktfrequenzen erlauben könnte (bis zu 1000 GHz, also einem TeraHertz), möglicherweise sogar bei Raumtemperatur.

Die Experimente, die gemeinsam von IBM und Georgia Tech-Wissenschaftlern durchgeführt worden sind, sind Teil eines Projekts, die Geschwindigkeitsgrenzen von Silizium-Germanium-Geräten auszuloten, die bei sehr kalten Temperaturen schneller funktionieren. Die Halbleiter, die in diesem Forschungsprojekt eingesetzt werden, stammen von der Prototypen-SiGe-Technologie vierter Generation, die von IBM auf 200-Millimeter-Wafern gefertigt werden. Bei Raumtemperatur laufen diese derzeit bei circa 350 GHz. Ultra-Hochfrequenz-Silizium-Germanium-Schaltkreise haben potentielle Anwendungsbereiche in kommerziellen Kommunikationssystemen, Sicherheitselektronik, Weltraumforschung und in der Sensortechnik. Die erzielbaren Geschwindigkeiten in silizium-basierter Technologie, die mit konventionellen kostenniedrigen Techniken gefertigt werden kann, könnten weitere Anwendungsfelder im Massenmarkt erschließen. Bis jetzt haben nur integrierte Schaltkreise, die aus teuren 3-5-Verbund-Halbleitermaterialien gefertigt wurden, ähnliche Transistorleistung erreichen können.

Silizium-Germanium-Technologie hat deswegen großes Interesse in der Elektronikindustrie gefunden, weil sie substantielle Verbesserungen in der Transistorleistung ermöglicht, während weiterhin konventionelle Fabrikationstechniken zum Einsatz kommen können. Sie sind kompatibel mit den silizium-basierten Standard-Fertigungsprozessen, die hohe Stückzahlen ermöglichen. Durch den Einsatz von Germanium auf atomarer Ebene in Silizium-Wafern können die Ingenieure die Leistung daher steigern und gleichzeitig die vielen Vorteile von Silizium weiter nützen.