Chinesische und amerikanische Forscher präsentieren gemeinsam einen neuen Halbleiter aus Kohlenstoff, der die Leistung von Silizium um das Zehnfache übertrifft. Ein Durchbruch, der den Weg für leistungsfähigere elektronische Geräte ebnen könnte.

Forscher aus China und den USA haben gemeinsam einen neuen Typ des stabilen Halbleiters Graphen entwickelt, der eine zehnmal höhere Leistung als Silizium und eine zwanzigmal höhere Leistung als andere zweidimensionale Halbleiter aufweist. Die Errungenschaft markiere einen Sprung von Siliziumchips zu Kohlenstoffchips, sagte Ma Lei, Forschungsleiter am Tianjin International Center for Nanoparticles and Nanosystems (TICNN) an der Universität Tianjin.

Der gemeinsam von Mas Team und Forschern der School of Physics des Georgia Institute of Technology in den USA erzielte Durchbruch wurde am 3. Januar 2024 online auf der Website der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

Da sich Chips auf Siliziumbasis allmählich der physikalisch kleinsten Größe von zwei Nanometern nähern, steigt die weltweite Nachfrage nach Chips, die auf hochwertigen Halbleitermaterialien basieren. Vor allem zweidimensionale Materialien sind aufgrund ihrer ausgezeichneten elektronischen Transporteigenschaften und ihres Potenzials für eine hohe Integration zu einem neuen Bereich geworden, in den Wissenschaftler und Halbleiterunternehmen auf der ganzen Welt gerne investieren.

Graphen, das erste entdeckte zweidimensionale Material, das stabil bei Raumtemperatur existieren kann, steht seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 im Mittelpunkt der Bemühungen von Wissenschaftlern, eine neue Art von Chip zu entwickeln, der weniger Energie verbraucht und schneller arbeitet als die bisherigen Halbleiter.

Durch die präzise Steuerung der Epitaxie von Graphen, also die Führung des Elektronenflusses auf dem Halbleitermaterial, führte das Team von Ma eine Bandlücke in Graphen ein und schuf so eine neue Art von stabilem Halbleitergraphen, dessen Elektronenbeweglichkeit die von Siliziummaterialien weit übertrifft. Seine Leistung ist zehnmal höher als die von Silizium und zwanzigmal größer als die Leistung anderer zweidimensionaler Halbleiter.

Die Entwicklung dieses Halbleiters ebnet nicht nur den Weg für leistungsfähige elektronische Geräte, die die herkömmlichen Technologien auf Siliziumbasis übertreffen, sondern gibt auch der gesamten Halbleiterbranche neue Impulse.

Sobald der Einkristall-Halbleiter Graphen in großem Maßstab hergestellt werden kann, wird er eine wichtige Grundlage für den Übergang vom Silizium- zum Kohlenstoffzeitalter bilden. Ob Graphen-Halbleiter jedoch zu einem Durchbruch in der Chipindustrie führen können, müsse erst noch erweisen, meinte Ma.

In diesem Zusammenhang hat die Leistung chinesischer und amerikanischer Teams besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Ma zufolge hat sich die Verschärfung des Wettbewerbs zwischen China und den USA im Bereich der Halbleiterindustrie tatsächlich auf die Zusammenarbeit zwischen den wissenschaftlichen Teams beider Länder ausgewirkt, beispielsweise durch den Austausch von Informationen und Proben. Insgesamt sei die Zusammenarbeit zwischen den beiden Teams sehr fruchtbar gewesen.