Anzeige

Wie Halbleiterchips fit werden für tiefe Temperaturen und das Steuern von Qubits

23. September 2025

Wie Halbleiterchips fit werden für tiefe Temperaturen und das Steuern von Qubits
Entdeckten eine neue Transistortechnologie, die ohne Dotierung von Halbleitern auskommt (v.l.n.r): Walter Weber, Masiar Sistani und Andreas Fuchsberger von der TU Wien. Foto: TU Wien
Eine neue Transistortechnologie kommt ohne Dotierung von Halbleitern aus. Das ist entscheidend dafür, damit Chips mit tief gekühlten Qubits zusammenarbeiten können.
Anzeige
Anzeige


Wenn die Quantencomputer kommen, brauchen wir die herkömmlichen Chips nicht mehr. Richtig? Schön wärs! Das Gegenteil ist der Fall. Und die Chiptechnik entwickelt sich auch deshalb weiter, weil Halbleiter- und Quantenchips, die Qubits, zusammenarbeiten müssen. Und das ist ganz schön trickig. „Die Relevanz von Quantentechnologien nimmt immer mehr zu. Diese brauchen jedoch nach wie vor klassische Elektronik, etwa um die Quantensysteme zu steuern oder auszulesen“, weiß Halbleiterspezialist Masiar Sistani von der Forschungsgruppe für nanoelektronische Bauteile der TU Wien.

Wenn beide Technologien eng zusammenarbeiten, dann kann das bedeuten, dass herkömmliche Transistoren auf Halbleiterchips direkt neben ultrakalten Qubits arbeiten müssen. Dafür sind sie aber in der Regel nicht ausgelegt. „Dort versagt die herkömmliche Dotierungstechnologie häufig“, erklärt Sistani. Man spreche dann vom „Ausfrieren“ der Ladungsträger.

Anzeige
Anzeige

Dotierung meint, dass in die Hablleiterkristalle des Chips gezielt bestimmte andere Atome hineingebracht werden. Die sind ganz wichtig, weil diese erst die elektrischen Eigenschaften des Chips für bestimmte Anwendungen bestimmen. Wird es aber zu kalt, funktioniert der Chip nicht mehr wie gewünscht. Sistani und zwei Forschungskollegen haben jetzt eine Methode entwickelt, die diese Probleme umgeht.

TU Wien: Wie man einen Halbleiterchip fit macht für tiefe Temperaturen

Konkret haben sich Sistani und seine Kollegen mit einem Transistor – das ist der Grundbaustein, aus dem die Chips aufgebaut sind – beschäftigt, der aus den beiden halbleitenden Materialien Silizium (Si) und Germanium (Ge) aufgebaut ist. Der entscheidende Trick liegt in der Oxidschicht, die den SiGe-Halbleiterkristall isoliert: Nicht der Halbleiter, sondern die Oxidschicht wird dotiert. Walter Weber, der die Forschungsgruppe für nanoelektronische Bauteile an der TU Wien leitet, spricht von der sogenannten Modulations-Akzeptor-Dotierung (MAD).

„Dabei werden die Eigenschaften des Halbleiters durch Fernkopplung eingestellt“, so Weber. Mithilfe von MAD könne die Oxidschicht die Leitfähigkeit des Halbleiters verbessern, ohne dass man im Kristall selbst Fremdatome einbauen müsse. Das sei ähnlich wie ein Magnet, der auch durch andere Materialien hindurch wirken könne: Eine Veränderung der Oxidschicht könne seine Wirkung im Halbleitermaterial aus der Ferne entfalten, auch wenn dieses Material selbst nicht dotiert wird.

Anzeige
Anzeige

 

Warum die klassische Dotierung von Halbleitern versagt

Wie gesagt: Bisher werden die Halbleitermaterialien selbst dotiert. Man nehme Silizium oder Germanium, fügt gezielt eine kleine Menge von Fremdatomen hinzu. Dadurch verändern sich die elektronischen Eigenschaften des Materials völlig: Elektrisch geladene Teilchen bewegen sich nämlich durch die Datierung im Halbleiter anders als vorher. Nur: Elektronische Bauteile und damit die Chips müssen immer kleiner werden. „Bei Bauteilen im Nanometerbereich stößt man mit dieser Methode jedoch zunehmend an Grenzen“, erklärt Andreas Fuchsberger vom Institut für Festkörperelektronik der TU Wien. „Je kleiner der Transistor, desto stärker wirken sich zufällige Schwankungen bei der Dotierung aus.“

Da Mikroelektronik auf der Verschaltung vieler Millionen bis Milliarden Transistoren basiert, führt das zu immer größeren Herausforderungen. Und dann wirkt sich auch die Temperaturabhängigkeit der Materialien immer stärker aus. Zu heiß dürfen elektronische Bauteile ohnehin nicht werden – daher werden Rechenzenteren, in denen Chips dicht gedrängt Hochleistung verrichten, massiv gekühlt. Aber auch zu kalte Temperaturen sind schlecht. Elektrisch leiten heißt nämlich, dass sich im Hablleiter Ladungsträger bewegen. Frieren die quasi fest, wird auch nichts mehr geleitet.

Anzeige
Anzeige

TU Wien entwickelte erstmals einen funktionieren SiGe-Halbleiter mit MAD-Technik

Experimente mit dieser MAD-Technik gab es zwar bereits bei sogenannten Gruppe-III-V-Verbindungshalbleitern und in Silizium, so die TU-Wien in einer Mitteilung. Doch die Forschungsgruppe der TU Wien in Kooperation mit der Bergakademie Freiberg und der Johannes Kepler Universität Linz sei nach eigenen Angaben die erste, der es gelang, diesen Effekt auf dem wichtigen Halbleiter Silizium-Germanium nachzuweisen und darüber hinaus auf diese Weise einen funktionsfähigen SiGe-Transistor herzustellen.

Das sei vor allem industrierelevant, denn die Branche möchte den Ge-Anteil in Transistoren stetig zu erhöhen, um schnellere Schaltzeiten und einen geringeren Stromverbrauch zu erreichen.  In Quantenchips könnten darüber hinaus Quanteninformationen schneller und mit niedrigeren Energieverlusten verarbeitet werden.  Die Messergebnisse seien äußerst vielversprechend, so Sistani: „Wir konnten zeigen, dass die MAD-Technologie eine über 4000-fach erhöhte Leitfähigkeit, ein verbessertes Einschaltverhalten und einen geringeren Energieverbrauch aufweist. Das kann den Weg für eine neue Generation vielfältig einsetzbarer Nanotransistoren ebnen.“

Hier geht es zur Originalpublikation



Ein Beitrag von:

Anzeige
Anzeige

Top Stellenanzeigen

Qualitätsprüfer (m/w/d)
Horn Hartstoffe GmbH

08.10.2026
Tübingen
Inbetriebnahme- & Applikationstechniker Drive-by-Wire (m/w/d)
Arnold NextG GmbH

08.10.2026
Pfronstetten-Aichelau
Projektleitung Hafenausbau und Hafensanierung (m/w/d)
Stadt Hildesheim Der Oberbürgermeister

08.10.2026
Hildesheim
Sales Engineer / Vertriebsingenieur für Sortiersysteme und Intralogistik (m/w/d)
Dürkopp Fördertechnik GmbH

08.10.2026
Bielefeld
Application Engineer / Technischer Support (m/w/d) – Vermessung & Mobile Mapping
AllTerra Deutschland GmbH

08.10.2026
Schwarzach bei Würzburg
Projektleiter NNbS Mittelbereichsradar (w/m/d)
HENSOLDT

08.10.2026
Ulm
Projektleiter NNbS Project Office (w/m/d)
HENSOLDT

08.10.2026
Ulm
Senior Engineer – Funktionale Sicherheit (m/w/d)
Mi-Jack Europe GmbH

08.10.2026
Karlsruhe
Projektingenieur intelligente Energiemanagementsysteme und Smart Home (m/w/d)
Honda

09.10.2026
Offenbach am Main
Junior Projektingenieur Papierverarbeitung (m/w/d)
Fripa Papierfabrik Albert Friedrich KG

09.10.2026
Miltenberg
Ingenieur/-in für den Ausbau des Hildesheimer Binnenwasserhafens (m/w/d)
Stadt Hildesheim Der Oberbürgermeister

09.10.2026
Hildesheim
Teamleiter (m/w/d) Vertrieb und Kalkulation TGA
LIST AG

09.10.2026
Düsseldorf
Ingenieur:in Explosionsschutz als Fachleiter:in
TÜV NORD CERT GmbH

09.10.2026
Essen
Bauüberwacher (m/w/d) Straßenverkehrsanlagen
Bundesagentur für Arbeit - Vössing Ingenieurgesellschaft mbH

09.10.2026
Stuttgart
Bauingenieur/-in (m/w/d)
Bundesagentur für Arbeit - Landeshauptstadt Stuttgart

09.10.2026
Stuttgart
Technische/r Projektmitarbeiter/in (m/w/d) – Bauwesen / Projektkoordination
Bundesagentur für Arbeit - Dr. Kerner GmbH & Co. KG

09.10.2026
Stuttgart
Junior Bauüberwacher:in Oberbau / Konstruktiver Ingenieurbau (w/m/d)
DB InfraGO AG

09.10.2026
Köln
Senior Ingenieur:in Leit- und Sicherungstechnik im Großprojekt Rhein-Ruhr-Express (w/m/d)
DB InfraGO AG

09.10.2026
Duisburg
Junior Bauingenieur:in als Bezirksleiter:in Fahrbahn (w/m/d)
DB InfraGO AG

09.10.2026
Aachen, Bonn, Köln, Troisdorf
Projektleiter (m/w/d) Industriebau
MEGGLE GmbH & Co. KG

09.10.2026
Wasserburg

Weitere Artikel



Firmenprofile

Anzeige
Anzeige