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Quantensprung in der Miniaturisierung elektronischer Schaltkreise erhofft

22.03.2000 - (idw) Universität Hamburg

(Hamburger) Forscher streben Durchbruch zu einfacher Herstellungstechnologie an

Innerhalb ihres Rahmenprogramms zur Förderung zukünftiger Schlüsseltechnologien hat die Europäische Union Forschergruppen der Sony International (Europe)-Laboratorien, der Universitäten H a m b u r g, Barcelona, Wien und Dublin sowie des Nationalen Mikrostrukturforschungszentrums Irland ein zwischen Biotechnologie, Materialforschung und Mikroelektronik angesiedeltes Projekt bewilligt. In diesem Vorhaben wollen die Wissenschaftler Prototypen elektronischer Schaltkreise "im Reaganzglas" züchten.

Im ersten Schritt soll dazu eine Unterlage aus einer dünnen Schicht hochgeordneter Proteinkristalle aufgebaut werden. Als Besonderheit besitzen diese Schichtkristalle in regelmäßigen Abständen von zehn bis 20 Nanometern (1 Nanometer = 1 millionstel Millimeter) kleine Vertiefungen, die mit je einem fest verankerten Halbleiternanopartikel gefüllt werden sollen. Diese Nanoteilchen werden vorher durch chemische Synthesen in Lösung präpariert und sollen die Funktion elektronischer Speicher (Kondensatoren) oder Schaltelemente (Transistoren) übernehmen. Dazu ist es nötig, die Partikel durch extrem dünne Drähte elektrisch zu kontaktieren und sowohl untereinander als auch mit der "Außenwelt" eines solchen Chips zu verbinden. Auch hierfür vertrauen die Forscher auf die selbst ordnenden Kräfte von Biomolekülen. Maßgeschneiderte DNA-Segmente sollen selektiv an die Teilchenoberflächen angebunden und chemisch metallisiert werden.
In einem anderen Versuch sollen solche dünnen Drähte aus Metallnanopartikeln hergestellt werden, die, wie auf einer Perlenschnur aufgereiht, ebenfalls durch chemische Reaktionen mit den Halbleiterteilchen verknüpft werden sollen.
Von dem vorgeschlagenen Verfahren erhoffen sich die Forscher einen Quantensprung in der weiteren Miniaturisierung elektronischer Schaltkreise sowie einen Durchbruch hin zu einer einfachen Herstellungstechnologie. Bedingt durch die Kleinheit der Strukturen sollte es möglich sein, einen Schalt- und Speicherprozess mit nur einem einzigen Elektron durchzuführen, was naturgemäß die ultimative Grenze der Elektronik darstellt. Das rein auf chemischer Synthese und Selbstorganisation der Materie beruhende Strukturierungsverfahren könnte einmal die aufwendigen Lithographieverfahren herkömmlicher Mikroelektronik ablösen. Bis dahin ist es noch ein langer Weg, der mit dem kürzlich angelaufenen Projekt begonnen wurde.
Die Forschergruppe um Prof. Dr. Horst Weller vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg ist für die Synthese der geeigneten Nanopartikel zuständig. Diese müssen in ihrer Größe genau kontrolliert werden, und die Oberflächen der Partikel müssen chemisch so vorbereitet werden, dass sie an den richtigen Stellen an die Proteinkristalle anbinden und dass die molekularen Drähte an die Teilchen anknüpfen können. Darüber hinaus sollen in Hamburg die Verfahren entwickelt werden, um Metallteilchen wie auf einer Perlenschnur aufzureihen und so die benötigten Drähte zu erzeugen.
Die Gesamtförderung für das zunächst auf drei Jahre angelegte Projekt "Biomolecule driven assembly of nanoparticle based electronic devices (BIOAND)" beträgt etwa zwei Millionen Euro.

Kontakt:

Prof. Dr. Horst Weller
E-Mail: weller@chemie.uni-hamburg.de
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