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Komponenten | 17 Juli 2009

Halbleiter für coole Computer

Computer, die ohne K√ľhlung auskommen? Noch gibt es sie nicht. Doch Physiker von der Universit√§t W√ľrzburg bereiten ihnen den Weg: Im US-Wissenschaftsmagazin "Science" pr√§sentieren sie jetzt einen Halbleiter, der elektrischen Strom leitet und dabei nicht warm wird.
Der neuartige Halbleiter besteht aus Quecksilber-Tellurid und Quecksilber-Cadmium-Tellurid. In einem ausgekl√ľgelten Verfahren bringen die W√ľrzburger Physiker diese beiden Materialien abwechselnd in hauchzarten Schichten auf pfenniggro√üe Kristallpl√§ttchen auf. "Die einzelnen Lagen sind nur sieben bis zehn Nanometer d√ľnn", sagt Professor Laurens Molenkamp. Unvorstellbar schlank also: Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters.

Winzigen Draht modelliert
Um die Leitfähigkeit des geschichteten Materials zu analysieren, modellierten die Physiker mit lithographischen Techniken aus seiner Oberfläche Strukturen heraus. Sie ließen dort sozusagen winzige Drähte entstehen, beispielsweise in H-Form.

"Zu erwarten war, dass das Material unter bestimmten Umständen, zum Beispiel bei sehr tiefen Temperaturen, zum Isolator wird. So ist es bei allen herkömmlichen Halbleitern der Fall", erklärt Professor Hartmut Buhmann, der im Team von Molenkamp arbeitet.

Material reagierte anders als erwartet
√úberrascht waren die Physiker, als sich ihr Material anders verhielt: Die Elektronen sammelten sich an den R√§ndern der H-f√∂rmigen Struktur. Dort konnten sie sich zudem bewegen - ohne jeglichen Widerstand und damit ohne W√§rmeentwicklung. Diese Besonderheit liege einzig und allein in den Materialien und der Art ihrer Schichtung begr√ľndet, sagen die Physiker. Die Form der Struktur - ob H oder X - sei belanglos.

F√ľr Anwendungen noch nicht reif
Reif f√ľr den Alltag ist der neuartige Halbleiter allerdings nicht: Der Effekt tritt nur bei sehr tiefen Temperaturen auf, unterhalb von minus 170 Grad Celsius. Darum wollen die W√ľrzburger Forscher nun andere Materialien entwickeln, die den Effekt bei deutlich h√∂heren Temperaturen zeigen.

"Wismut-Verbindungen wollen wir daf√ľr nehmen", sagt Laurens Molenkamp. Doch zuerst gelte es, an einem Verfahren zu t√ľfteln, mit dem sich auch diese Materialien sauber und hauchd√ľnn aufeinanderschichten lassen.


Mit dieser H-f√∂rmigen Struktur haben Physiker der Universit√§t W√ľrzburg nachgewiesen, dass ihr neuartiges Halbleitermaterial elektrischen Strom leitet und dabei nicht warm wird.

Cool bleiben ist wichtig f√ľr Computer
Wenn Computer in Betrieb sind, werden sie warm. Zu hohe Temperaturen aber beeintr√§chtigen die Funktionsf√§higkeit ihrer Chips - Abk√ľhlung ist also angesagt. Daf√ľr sorgen rotierende L√ľftungsr√§dchen am PC oder Klimaanlagen in gro√üen Rechnerr√§umen. Sehr leistungsf√§hige Rechner sind heute schon mit Wasserk√ľhlung ausgestattet.

Die W√§rme ist also ein Faktor, der die Entwicklung schnellerer Computer deutlich begrenzt. Denn um eine gr√∂√üere Leistungsf√§higkeit zu erreichen, werden auf die Chips immer mehr Transistoren gepackt, die immer schneller arbeiten m√ľssen. "Dann flie√üt √ľber die Chips aber auch mehr Strom, und so heizen sich die Bauteile immer st√§rker auf", erkl√§rt Hartmut Buhmann. Bauelemente, die Strom leiten und dabei keine W√§rme produzieren, k√∂nnten darum der Weiterentwicklung von Computern einen kr√§ftigen Schub geben.
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