Ende der Halbleiter-Entwicklung kommt 2012
Silizium: Der Stoff aus dem digitale Träume sind. Der Halbleiter revolutionierte unsere Welt in den letzten 30 Jahren.
Immer mehr und immer kleinere Schaltkreise werden auf einen Chip gequetscht, um noch leistungsfähigere und schnellere Prozessoren herzustellen.
Doch wie weit kann diese Miniaturisierung mit Silizium-Chips noch gehen? Tatsächlich ist es heute schon absehbar, daß Schaltkreise aus Silizium an die atomare Grenze stoßen.
"Moore's Law"
Gordon Moore sagte schon 1965 die digitale Revolution voraus. Laut dem "Moore'schen Gesetz" arbeitet jede neue Generation von Prozessoren und Speicherchips mit viermal so vielen Elementen auf dem Chip wie die Generation davor. Bis heute haben sich diese Prophezeiungen bestätigt und die IT-Industrie verläßt sich auf technische Entwicklungen, die mit dem Moore'schen Gesetz vorhergesagt werden.
Isolation aus 25 Atomen
Wieso Silizium zum Liebkind der Computerindustrie geworden ist beruht auf mehreren Gründen. Silizium kann in großen Kristallen gezüchtet werden, die sehr gleichmäßig beschaffen sind, wenige Fehler aufweisen und sich gut weiterverarbeiten lassen.
Außerdem können die einzelnen Elemente, hauptsächlich Transistoren und Dioden, auf einem Siliziumchip im Vergleich zu anderen Halbleitern sehr einfach realisiert werden. Silizium, der Halbleiter, verliert nämlich seine leitenden Eigenschaften sobald er oxidiert wird. Siliziumoxid (SiO2) ist daher der ideale Isolator beim Bau von Miniaturschaltkreisen auf Siliziumchips.
Die Dicke der Isolationsschicht ist heutzutage ca.25 Atome dick, genug um die leitenden Elemente in Computerchips zu trennen.
Drohender Einbruch im Jahre 2012
Die rasante Miniaturisierung läßt allerdings auch die Isolationsschicht schrumpfen und das könnte der Flaschenhals sein, an dem die Siliziumtechnologie in absehbarer Zeit scheitert.
Untersuchungen von Muller et al. (Lucent Technologies) haben gezeigt, daß die Siliziumoxidschicht mindestens 5 Atome dick sein muß, um die leitenden Elemente ausreichend zu isolieren. Geht die technische Entwicklung nach dem Moore`schen Gesetz weiter, so wird diese Grenze im Jahre 2012 erreicht.
Danach könnten auf einen Chip nur schwer mehr Schaltkreise untergebracht werden, weil die Isolierung nicht dünner werden darf, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Die Halbleiterindustrie ist schon mit vielen Problemen fertig geworden, die das Plansoll nach Gordon Moore gefährdet haben.
Allerdings handelt es sich bei der Minimaldicke der Siliziumoxidschicht von 5 Atomen um eine fundamentale Grenze.
Nur mit wirklich revolutionären, komplett neuartigen Technologien, besonders im Bereich der Isolierungsschichten, wird sich ein Einbruch der Siliziumtechnologie Anfang des nächsten Jahrtausends vermeiden lassen.
Nature Magazin