Nanotechnologie 14.04.2006, 18:43 Uhr

„Atome lassen sich nicht verkleinern“  

VDI nachrichten, Monterey, 13. 4. 06, jdb – Da Mikroelektronik schon seit einigen Technologiegenerationen eigentlich Nanoelektronik ist, rücken fundamentale physikalische Grenzen näher. „Atome lassen sich nicht verkleinern“, umreißt Bernard S. Meyerson, Cheftechnologe bei IBM, das Problem. Mit der stetigen Verkleinerung der Chips und damit „automatisch“ auch Leistungssteigerung und Preissenkung sei es bald vorbei.

Moore“s Law ist für jeden Chip-Technologen seit Jahrzehnten das oberste Gesetz des technischen Fortschritts. „Dabei sagt Moore eigentlich nur, dass Chips kontinuierlich kleiner und damit leistungsfähiger und billiger werden“, meint IBM-Cheftechnologe Bernard S. Meyerson auf dem Globalpress-Electronics-Summit im kalifornischen Monterey. Eigentlich sei es damit nur eine wichtige ökonomische Regel. „Es sagt aber nicht, wie wir diesen kontinuierlichen Prozess tatsächlich umsetzen.“

Als Mikroelektronik noch im Mikrometer-Maßstab gemessen wurde, war das einfach: Die Strukturen auf den Chips wurden verkleinert, damit die Chips kleiner, billiger und praktischerweise meist auch noch schneller. „Dieses klassische Scaling“, so Meyerson, „stößt jetzt im Nanoelektronik-Maßstab eindeutig an Grenzen.“ Wenn Schichten in heutigen Chips nur noch fünf Atomlagen dick seien, ließen sie sich eben nicht einfach auf 2,5 Atomlagen halbieren. „Atome lassen sich nicht verkleinern!“, benennt Meyerson eine physikalische Realität.

Um dennoch zumindest für eine begrenzte Zukunft den Vorgaben des Moore“schen Gesetzes weiter folgen zu können, hilft nicht mehr reines Skalieren, es sind Innovationen nötig. Meyerson: „Neue Isolatoren, wahlweise mit hoher oder niedriger Dielektrizitätskonstante, neue Leiter wie Kupfer, aber auch bessere Basismaterialien wie strained silicon sind Innovationen, die uns helfen, das Limit weiter hinauszuschieben.“

Doch je näher die Chipstrukturen sich einstelligen nm-Dimensionen nähern, desto problematischer werde auch dieses. Schon heute wird mit aufwändigen Designmethoden – Stichwort „Design for Manufacturing“ (DFM) – versucht, physikalische Einflüsse frühzeitig in den Entwicklungsprozess einer Schaltung einzubringen. Nur so lassen sich z. B. die aktuellen Strukturen derzeit noch mit Licht von 193 nm Wellenlänge belichten.

„DFM kommt langsam in die Jahre“, sagt Meyerson provozierend und proklamiert das Modell des „Holistischen“ Designs. Was das heißt, erläutert er so: „Man muss sich über jedes Detail zu jeder Zeit Gedanken machen. Alles hat Einfluss auf alles und jedes Detail ist zu optimieren.“ Seine Botschaft: Die Reise in neue Chipwelten ist noch nicht zu Ende, sie wird nur immer komplexer.

Zum Trost hat Meyerson aber auch Alternativen parat: Neue Architekturen, wie das derzeit reüssierende Modell mehrerer Prozessorkerne, bringen Leistungssteigerungen, ohne dass jeweils die Chiptechnologie bis an den Rand des Machbaren getrieben werden müsse.

Auf diese Weise, da ist Meyerson überzeugt, kann die klassische Cmos-Halbleitertechnologie noch einige Jahre überleben. „Cmos stößt zwar an Grenzen, aber in den nächsten fünf bis zehn Jahren sehe ich noch keine neue Technologie für den Massenmarkt.“ Danach aber schlägt die Stunde der Nanotechnologen und ihre Kohlenstoff-Nanoröhren. Dass sich mit diesen Strukturen grundsätzlich Transistoren aufbauen lassen, hat z. B. auch der Münchener Chipkonzern Infineon schon unter Beweis gestellt.

JENS D. BILLERBECK

Von Jens D. Billerbeck
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