TU Wien forscht an Mikroprozessoren mit dünner Atomschicht

Zweidimensionale Materialien sind sehr vielseitig einsetzbar obwohl sie aus nur einer einzigen oder wenigen Schichten von Atomen bestehen. Das wohl bekannteste 2D-Material sind Graphen. Thomas Müller vom Institut für Photonik der TU Wien forscht mit seinem Team seit längerem an 2D-Materialien und sieht diese als zukunftsträchtige Alternative für die Herstellung von Mikroprozessoren und anderen integrierten Schaltkreisen. Ihm und seinem Team ist jetzt ein Durchbruch gelungen.

Während einzelne Transistoren, die grundlegendsten Bauteile jeder digitalen Schaltung, aus 2D-Materialien schon seit der Entdeckung von Graphen 2004 erforscht werden, konnten komplexere Strukturen nur äußerst beschränkt realisiert werden. Bisher gelang lediglich die Herstellung einzelner digitaler Bauelemente aus einigen wenigen Transistoren. Für einen eigenständig funktionierenden Mikroprozessor benötigt man jedoch erheblich komplexere Schaltkreise und vor allem auch deren perfektes Zusammenwirken. Das ist nun gelungen.

1-bit Mikroprozessor als Resultat

Das Resultat ist ein 1-bit Mikroprozessor, bestehend aus 115 Transistoren auf einer Fläche von rund 0,6 Quadratmillimeter, der einfache Programme ausführen kann. „Während das im Vergleich mit Industriestandards auf Basis von Silizium natürlich äußerst bescheiden wirkt, ist es doch ein großer Durchbruch für dieses Forschungsfeld. Der 'Proof of Concept' ist geschafft, einer Weiterentwicklung steht im Prinzip nichts im Weg“, so Stefan Wachter, Dissertant in der Forschungsgruppe. Doch nicht nur die Materialwahl war für den Erfolg des Forschungsprojektes ausschlaggebend. „Wir haben uns auch die Dimensionierung der einzelnen Transistoren genau überlegt“, erklärt Müller.

Für einen praktischen Einsatz dieser Technologien braucht es aber noch deutlich leistungsfähigere und komplexere Schaltkreise mit tausenden oder gar Millionen von Transistoren. Mit industriellen Methoden könnten jedoch in den nächsten Jahren durchaus einige neue Anwendungsgebiete für diese Technologie entstehen, sind die Forscher überzeugt. Ein Beispiel für ein solches wäre flexible Elektronik, wie sie für medizinische Sensoren oder biegsame Displays benötigt wird. Hier sind die 2D-Materialien dem klassischen Silizium aufgrund ihrer deutlich größeren mechanischen Flexibilität weit überlegen.