Transistoren 12.09.2013, 09:56 Uhr

Graphen agiert wie Schaltkreise

Forschern der University of California in Riverside ist es jetzt auf unkonventionelle Weise gelungen, einen auf Graphen basierenden Transistor zu entwickeln. Dabei nutzen sie das Phänomen des “negativen differentiellen Widerstands”, um ein transistorähnliches Verhalten zu erzielen statt wie bislang eine künstliche Bandlücke zu öffnen. 

Wie die MIT Technology Review berichtet, setzen die Wissenschafteler Graphen im Sinne eines Schalters ein, was elektronische Schaltungen der Zukunft revolutionieren könnte. 

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Abteilungsleiter (w/m/d) Konstruktiver Ingenieurbau, Lärmschutzbauwerke Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Korsch AG-Firmenlogo
Abteilungsleiter Forschung / Head of Research (m/w/d) Korsch AG
Stadtwerke Pinneberg GmbH-Firmenlogo
Betriebsingenieur für den Bereich Fernwärmeerzeugung, Verteilung und Netzbetrieb (m/w/d) Stadtwerke Pinneberg GmbH
Pinneberg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur oder Ingenieurin Landschaftspflege Planung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Straßen- und Landschaftsbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Fraunhofer-Gesellschaft e.V.-Firmenlogo
Architekt*in / Dipl.-Ingenieur*in - Vergabe von Bau- & Bauplanungsleistungen Fraunhofer-Gesellschaft e.V.
München Zum Job 
KEMNA BAU Andreae GmbH & Co.KG-Firmenlogo
Bauingenieur (m|w|d) Asphalttechnologie und Qualitätssicherung KEMNA BAU Andreae GmbH & Co.KG
Pinneberg Zum Job 
Stadtwerke Hamm GmbH-Firmenlogo
Teamleitung Netzdokumentation/ Vermessung (m/w/d) Stadtwerke Hamm GmbH
Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Rhein-Firmenlogo
Bauingenieurinnen / Bauingenieure (m/w/d) (FH/Bachelor) Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Rhein
AGCO GmbH-Firmenlogo
Technischer Assistent (m/w/d) der Werkleitung Traktor AGCO GmbH
Marktoberdorf Zum Job 
Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung'-Firmenlogo
Technische Referentinnen / Technische Referenten (w/m/d) in den Fachrichtungen Versorgungstechnik, Energie- oder Elektrotechnik bzw. Nachrichtentechnik Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung'
HILTI Deutschland AG-Firmenlogo
Technischer Projektleiter Verankerungen (m/w/d) HILTI Deutschland AG
Kaufering nahe München oder Schaan (Lichtenstein) Zum Job 
HILTI Deutschland AG-Firmenlogo
Senior Software Engineer for development of innovative power tools (m/f/d) HILTI Deutschland AG
Kaufering nahe München Zum Job 
HILTI Deutschland AG-Firmenlogo
Embedded Software Architect - power tool operating system (m/f/d) HILTI Deutschland AG
Kaufering nahe München Zum Job 
Deutsches Patent- und Markenamt-Firmenlogo
Patentprüferin/Patentprüfer (w/m/div) Deutsches Patent- und Markenamt
München, Jena Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Senior Projektmanager*in (m/w/d) in Energieprojekten THOST Projektmanagement GmbH
Freiburg im Breisgau, Stuttgart, Karlsruhe, München, Mannheim Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Laboratory Technician (f/m/d) Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Dokumentenmanagement THOST Projektmanagement GmbH
Freiburg im Breisgau, Mannheim, München, Stuttgart Zum Job 
ZEISS-Firmenlogo
Projektingenieur im Innovationsmanagement (m/w/x) ZEISS
Oberkochen Zum Job 
Litens Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Safety and Environmental Advisor (m/w/d) Litens Automotive GmbH & Co. KG
Gelnhausen Zum Job 

Graphen ist eine Graphitschicht mit der Dicke einer einzigen Atomlage. Das Material – die Zugfestigkeit von Graphen ist 125 Mal höher als bei Stahl und die Leitfähigkeit ist zugleich extrem hoch – weist derart außergewöhnliche Eigenschaften auf, dass Wissenschaftler auf der ganzen Welt darin vor allem ein enormes Potenzial für die Elektronik sehen. Allerdings ist es bisher noch nicht gelungen, Transistoren mit den gewünschten guten Schalteigenschaften aus Graphen zu entwickeln.

Hürden bei der praktischen Anwendung

Bisher eignete sich Graphen nicht als Basis für Transistoren, da sich der Ladungsfluss des halbmetallischen Graphen nicht einfach abschalten lässt. Graphen hat im Gegensatz zu Halbleitern keine Bandlücke, was bedeutet, dass Elektronen bei jeder Stromstärke fließen. Bisher ist es zwar gelungen, durch elektrische Felder oder beispielsweise durch die physische Bearbeitung des Graphen eine künstliche Bandlücke zu erzielen. Ein praktikabler Einsatz in digitalen Schaltkreisen war allerdings bislang noch nicht möglich. 

Forscher realisieren praktikable Graphen-FETs

Die Wissenschaftler in Riverside um Guanxiong Liu demonstrierten in Experimenten, dass Graphen unter gewissen Umständen aber doch einen negativen Widerstand aufweisen kann und sich damit durchaus auch für den Betrieb eines Graphen-Transistors eignet. Unter bestimmten Bedingungen fällt die Spannung wie bei einem Schalter ab und kann zur Übertragung binärer Signale genutzt werden. Die amerikanischen Forscher zeigen weiter, dass mehrere Feldeffekt-Tranistoren (FETs)auf Graphen-Basis zusammengeschaltet  und manipuliert werden können, um letztendlich konventionelle Logikgatter zu produzieren.

Deutliche Vorteile gegenüber Silizium

Die neuartigen Graphen-Transistoren sind deutlich kleiner und schneller im Vergleich zu den auf Silizium basierenden Transistoren. So ist es theoretisch möglich XOR-Gatter aus nur drei Graphen- FETs zu bauen, anstatt mit mindestens acht aus Silizium. Das würde zu einer erheblichen Platzersparnis auf dem Halbleiter führen. Hinzu kommt, dass Graphen-Transistoren bei Frequenzen von 400 Gigahertz arbeiten. Mit diesen hohen Frequenzen werden Größenordungen möglich, die bisher alle bekannten oder geplanten Schaltungen übertreffen. Auch wenn noch zahlreiche praktische Tests und weitere Entwicklungsarbeiten notwendig sind, gehen Experten davon aus, dass die neuen Forschungsergebnisse zu einem konzeptionellen Umdenken in der Graphen-Forschung führen könnten.

Ein Beitrag von:

  • Peter Odrich

    Peter Odrich studierte Betriebswirtschaftslehre mit Schwerpunkt Verkehrsbetriebe. Nach 28 Jahren als Wirtschaftsredakteur einer deutschen überregionalen Tageszeitung mit langer Tätigkeit in Ostasien kehrte er ins heimatliche Grossbritannien zurück. Seitdem berichtet er freiberuflich für Zeitungen und Technische Informationsdienste in verschiedenen Ländern. Dabei stehen Verkehrsthemen, Metalle und ostasiatische Themen im Vordergrund.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.