- Nanoelektronik
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Der Begriff der Nanoelektronik unterliegt keiner strengen Definition, da der Übergang zwischen Mikroelektronik und Nanoelektronik fließend verläuft. Als Nanoelektronik werden integrierte Schaltkreise bezeichnet, deren Strukturbreiten (kleinste, über Strukturierungsverfahren wie Lithographie realisierbare Abmessung bei integrierten Schaltkreisen) unter 100 nm liegen.
Inhaltsverzeichnis
Hintergrund
Die Strukturen in der Mikroelektronik wurden in den letzten Jahrzehnten immer kleiner. Derzeit (2010) werden in der Mikroelektronik Strukturbreiten von 0,032 µm bzw. 32 nm erreicht. Diese Entwicklung wird sich auch in den nächsten Jahren fortsetzen, um höhere Leistung in noch kleineren Bauteilen bei noch geringeren Kosten zu ermöglichen. Aufgrund dieser Entwicklung wird dieser Bereich häufig als Nanoelektronik bezeichnet, wobei diese nicht durch die Nutzung neuer Konzepte basierend auf bekannten physikalischen Effekten erfolgt, sondern auf „konventionellen“ Konzepten basiert.
Basismaterial für die Mikroelektronik bildet seit mehreren Jahrzehnten der Halbleiter Silizium. Verantwortlich dafür war unter anderem die Beherrschung des Einkristall-Herstellungsprozesses und vor allem die Kombination mit seinem Oxid (Siliziumdioxid), das als Isolatormaterial eingesetzt wird und sehr gute Haftungseigenschaften auf Silizium besitzt. Die bisherige Entwicklung der Herstellungsprozesse für Siliziumeinkristalle ermöglicht mittlerweile die großvolumige Herstellung qualitativ hochwertiger Kristalle mit Durchmessern von 300 mm.
Da aber mit sinkenden Strukturbreiten steigender Einfluss von Leckströmen und Quanteneffekten zu erwarten sind, wird es in den nächsten Jahren notwendig, neu Konzepte, wie den Y-Transistor, und Materialien in den Herstellungsprozess zu integrieren, so dass der andauernde Trend (Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Kostenreduktion) weiter fortgeführt wird. Das Ende dieses Trends wurde in den letzten zwanzig Jahren schon mehrmals prognostiziert, technologische Weiterentwicklungen überwanden aber immer wieder bestehende Probleme, meist für unüberwindbar gehaltene physikalische Grenzen im Herstellungsprozess. Trotzdem werden die „konventionellen“ Konzepte in Zukunft vollkommen ausgeschöpft und neue notwendig werden.
Ein Beispiel ist die Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUVL). Für das nächste Jahrzehnt wird hierbei mit einer weiteren Miniaturisierung bis auf 23 nm gerechnet. Die konventionelle Fotolithographie – derzeit (2010) UV-Licht mit einer Wellelänge von 193 nm – stößt dann jedoch aus physikalischen Gründen an ihre Grenze. Daneben reichen allerdings (umfangreiche) Änderungen der Anlagentechnik nicht mehr aus; Neuentwicklungen sind die Folge, mit deren Einführung sich die Hersteller traditionell schwer tun, da mit den dafür notwendigen Produktionsumstellungen und Einfahrzeiten der Anlagen erhöhte Kosten auflaufen.
Zielsetzung und Einsatzfelder
Die Zielsetzung der Nanoelektronik ist es elektronische Bauteile bis in den Nanometerbereich verkleinern. Dazu sollen die elektronische Eigenschaften von Nanostrukturen erforscht und verbessert werden. Der Aufbau von Computerchips soll optimiert werden. Dadurch werden Rechenkapazität und Geschwindigkeit von Computerchips gesteigert und gleichzeitig die Kosten verringert. Die Gesetze der Quantenphysik sollen für die Elektronik nutzbar gemacht werden.
Weiterhin soll die Nanoelektronik bessere Techniken und Geräte für die Elektronikfertigung bieten und durch neuartige Schaltungen und Bauelemente die logische Verknüpfung, Speicherung und Verarbeitung von Daten optimieren. Es wird erwartet, dass analog zur Entwicklungsgeschichte der Mikroelektronik der technische Fortschritt in nahezu allen Branchen beschleunigt wird und dass eine noch höhere Funktionalität bei geringeren Kosten geboten werden.
Einsatzfelder für die Nanoelektronik sind die Unterhaltungselektronik, die Automatisierungstechnik, die Medizintechnik, mobile Kommunikationsgeräte, Computer, Navigation, Sensorik und Autos.
Literatur
- Charles M. Lieber: The incredible Shrinking Circuit. In: Scientific American. 17, Nr. 3, 2001, S. 58–64.
- Technology Forecast: 2000 - From Atoms to Systems: A perspective on technology, PriceWaterhouseCoopers Technology Center, 2000, ISBN 189186503X.
- Jean-Baptiste Waldner: Nanocomputers & Swarm Intelligence. ISTE, London 2007, ISBN 1847040020.
Siehe auch
Weblinks
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