Neues Halbleitermaterial mit herausragenden Eigenschaften endeckt

L.B.

BIOS-Overclocker(in)
Das gängigste Halbleitermaterial stellt zur Zeit Silizium dar, doch dieses wird in Folge der immer weiter fortschreitenden Miniaturisierung der Fertigungsverfahren irgendwann an seine Grenzen stoßen, weshalb man ständig auf der Suche nach Alternativen ist. Genannt sei hier das auf Kohlenstoff basierende Halbleitermaterial Graphen, welches allerdings einige wesentliche Nachteile besitzt, die es für die günstige Fertigung derzeit noch ungegeignet machen.
Doch nun ist am ETH Lausanne ein weiteres Material auf seine Eigenschaften als Halbleiter getestet worden. Dabei handelt es sich um Molybdänit (MoS2), welches ebenfalls wie Silizium auf der Erde in großen Mengen zur Verfügung steht. Dieser Stoff wird zwar bereits in anderen Anwendungsgebieten genutzt, so zum Beispiel als Zusatz zu legierten Stählen oder Schmierstoffen. Dass Molybdänit ein Halbleitermaterial mit hervorragenden Eigenschaften ist, war bis jetzt allerdings noch nicht bekannt. Molybdänit ist ein zweidimensionales Molekül, welches eine Bandlücke* von lediglich 1,8 eV hat, sodass es sich geradezu hervorragend als Schaltelement, also als Transistor, verwenden lässt. Dieser Umstand erlaubt ausßerdem eine gute Leitfähigkeit bei sehr geringen Strukturgrößen, wobei die Leckströme deutlich geringer (bis zu 100.000 mal kleiner) als bei Silizium oder Graphen sind.

Durch seine Eigenschaften scheint Molybdänit geradezu prädestiniert für die Anwendung in Halbleiterchips und stellt neben dem ebenfalls zukunftsweisenden Graphen eine hervorragenden Alternative zu Silizium dar. Die Zukunft wird zeigen, welches Halbleitermaterial das doch schon recht in die Jahre gekommene Silizium ersetzen wird.




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So würde ein Transistor auf Basis des Halbleitermaterials Molybdänit (MoS2) im Modell aussehen.



*Definition: Die Bandlücke stellt einen Bereich im Bändermodell dar, welcher zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband des Kristalls liegt. Überlagern sich beide Bänder, handelt es sich bei dem entsprechenden Kristall um einen Leiter, liegen die Bänder sehr weit auseinander, um einen Isolator. Beim Halbleiter liegen die Bänder gerade so weit auseinander, dass die Elektronen unter Zuführung von Energie (bsp. Licht) aus dem Kristallgitter gelöst und zu freien Ladungsträgern werden können. Wie gesagt, muss dazu Energie zugeführt werden, deren Betrag bei der Bandlücke in eV angegeben wird. Im Falle des Molybdänits wäre die Bandlücke für einen Halbleiter relativ klein, weshalb beim Schalten im Transistor kleinere Energiebeträge umgesetzt werden als bei beispielsweise Graphen.



Quelle: Pro-Physik.de
 
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Zockkind

Guest
Die beste News die ich bis jetzt gelesen haben und dAs Thema haben wir gerade in Physik !
 

jaramund

Freizeitschrauber(in)
Mal schaun was draus wird.
Jedoch wunder ich mich etwas das Molybdänit besser geeignet ist, da die Bandlücke bei Silizium 1,1 eV beträgt.

P.S. Sehr gutes Format der News.
 

TerrorTomato

PCGHX-HWbot-Member (m/w)
1. Gut verfasste news:)
2. Du hast mir so eben eine 1 in Physik geschenkt:hail:

BTT: kling doch ziemlich vielversprechend. mal sehen wie sich das so in den nächsten jahren so entwickelt
 

Skysnake

Lötkolbengott/-göttin
Ok paar Punkte muss ich anmerken.

Sowohl in der Quelle als auch hier steht das MoS2 zweidimensional sein soll. Sorry das ist schlicht falsch. Das Ding ist wirklich ziemlich flach, hat aber eine echte dreidimensionale Ausdehnung, einfach schon weil es aus drei Lagen von Atomen besteht. Graphen ist das Einzigste "echte" zweidimensionale Medium, und das auch nicht zu 100%. Quantenmechanisch gibt es das Modell von zweidimensionalen Objekten mit gewissen Konsequenzen für die darin möglichen Energien etc. etc. Real kann es die aber nicht geben, und selbst das Graphen ist wenn man es GANZ genau nimmt auch nicht zweidimensional. Man kann sogar in der Theorie beweisen, warum dies nicht möglich ist. Graphen hat aber einen feinen "Trick" auf Lager, warum es zwar echt dreidimensional ist, aber doch die Eigenschaften eines echten zweidimensionalen Objekts hat. Es wellt sich einfach geringfügig! Damit kann man dem Dilemma entgehen.

Hier ist es aber einfach ein Kristall und das wars.

Naja, und dann noch was zur was zur Energie. Ein sehr großer Faktor des Energiebedarfs eine CPU zu betreiben ist nicht das man da Elektronen über die Bandlücke heben muss, sondern der Taktgeber für die ganze CPU, und das schalten der Transistoren. Denn jedesmal wenn du einen Transistor schaltest, oder das Taktsignal durch die CPU läuft, dann musst du Kapazitäten umladen, und dafür, wie wir aus der Elektrodynamik wissen! muss man Arbeit verrichten!!

Das sind heute mit die größten Energiekosten. Darum würde ja selbst ein Supraleiter und perfekter Chip ohne Leckströme trotzdem noch einen großen Anteil der heutigen Energie benötigen die erforderlich ist um den Chip zu betreiben.

EDIT:

Achso ansonsten aber ne sehr schicke News :daumen:

Wie ich grad seh stehts aber in der Nature, die haben normal schon ne brauchbaren Review... Ich muss mir mal den Orginalartikel wohl zu Gemüte führen. Denn so an und für sich ist es einfach kein 2D Objekt. Höchstens die Struktur an sich verhält sich durch die Anordnung des Mo (Molybdän) zwischen den beiden Schefel-Schichten kann diese sich wie ein 2D Objekt verhalten Quantenmechanisch. Dabei dann aber "einfach" von einer 2D Struktur zu sprechen find ich schon sehr indifferenziert.
 
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Fresh-Dumbledore

Freizeitschrauber(in)
Den Rohstoff für Graphen gibt es doch eigentlich zu genüge auf dieser Welt und die Herstellung aus Graphit ist ja auch nicht soooo kompliziert.
 

Adam West

Software-Overclocker(in)
Ein großes Lob an den Verfasser. Die News ist erstklassig verfasst und der Inhalt ist sehr interessant. Solche Texte bzgl. Physik lese ich von Haus aus sehr gern! Klasse! :daumen:

MfG
 

NetXSR

PC-Selbstbauer(in)
Erstaunlich guter und interessanter Beitrag, auch wenn es Inhaltsbezogen Uneinigkeit gibt.

Ich habe selten so einen gut verfassten Newsbeitrag gelesen.
Selbst wenn man sich bisher nicht in die Materie eingearbeitet hat, kann man diesen Beitrag inhaltlich durchaus nachvollziehen.

Vielen Dank an L.B.!
 

wuselsurfer

Kokü-Junkie (m/w)
@ Skysnake: in diesem, unserem Universum gibt es heute KEINE zweidimensionalen Objekte.
Elektronen haben einen Objektradius und sogar die noch hypothetischen Strings sollen eine in der Plancklänge haben (rd. 10^-35m).

Allerdings kann bei sehr kleiner Dicke die Quantemechanik zuschlagen und das Objekt verhält sich "quasi" zweidimensional.

Das trifft auch für dickere Strukturen zu (Bose-Einstein-Kondensat).
Aber endlich mal was neues auf dem Material-Sektor.
 

Skysnake

Lötkolbengott/-göttin
@ Skysnake: in diesem, unserem Universum gibt es heute KEINE zweidimensionalen Objekte.
Elektronen haben einen Objektradius und sogar die noch hypothetischen Strings sollen eine in der Plancklänge haben (rd. 10^-35m).

Allerdings kann bei sehr kleiner Dicke die Quantemechanik zuschlagen und das Objekt verhält sich "quasi" zweidimensional.

Das trifft auch für dickere Strukturen zu (Bose-Einstein-Kondensat).
Aber endlich mal was neues auf dem Material-Sektor.
Mei Wuselsurfer das mir bekannt, wobei du auch wieder Sachen verallgemeinerst die So nicht stimmen.

Graphen ist z.B. Quantenmechanisch 2D. Zumindest lässt es sich mit der Theorie zu 2D Objekten sehr sehr gut beschreiben in seinen Eigenschaften... Aber ich glaub das führt jetzt zu weit, weil 1. ich mich da jetzt nochmal einlesen müsste in die Theorie wie das ist, da man sowas nicht mehr einfach aus dem Ärmel schüttelt, selbst wenn man es schon behandelt hat, und zum 2. ist mir nicht klar ob du mir dann überhaupt noch folgen kannst, weil ohne tiefere Kenntnisse zur QM glaub ich wird das etwas schwer.

Falls du aber entsprechende Grundkenntnisse hast und bock auf ne etwas genauere Diskussion, dann sags, dann werd ich schauen das ich mir das Zeug nochmal anschau. ;)
 

0Martin21

Tippmeister DFB-Pokal 2010/2011
Den Rohstoff für Graphen gibt es doch eigentlich zu genüge auf dieser Welt und die Herstellung aus Graphit ist ja auch nicht soooo kompliziert.


Die Herstellung! ist fast so wie beim Silizium, es muß fast perfekt rein sein, am besten perfekt. Und dann mußt du es noch in der gewünchsten Form/Kristall(ist das richtig was ich da sage? oder nennt man das anders?) hin bekommen, bein Silizium haste ein riesigen MonoKristall der in einen relativ komplizierten Verfahren langsam wächst, und bis zu eine gewissen größe nur machbar und auch wirtschaftlich ist. ich denke das ist hier und auch mit graphen auch so. da spielt die masse an Rohstoff nicht die Rolle, die Aufbereitung und die Herstellung sind so teuer.




Aber sonst ein super Thema!:daumen:
 

Skysnake

Lötkolbengott/-göttin
Also kurze Anmerkung. Hab grad geschaut ob ich auf die Nature Ausgabe zugreifen kann. Eigentlich ja, aber die Lizenz der Uni ist ausgelaufen :klatsch: Da muss ich wohl mich mal drum kümmern, das kanns eigentlich nicht sein....

@0Martin21:

Leider total falsch was Graphen betrifft.

Graphen kannst du ganz einfach herstellen. Du nimmst einfach Graphit bappst deinen Tesa drauf und ziehst den dann wieder ab, und dann bappste auf den Tesa wieder einen drauf und zieht von dem wiederum ab. Das machst du einige Male, löst dann den Tesa mit ner Säure oder so (keine Ahnung was es nochmal genau war) und bringst dann die Partikel auf nem Medium auf, legst das ganze unter ein AFM/EFM und schaust was du findest. Du wirst recht viel Schrott finden der halt noch sau dick ist, mit etwas Glück und auch freudigem suchen wirst du aber auch kleine Stückchen Graphen finden.

DAS ist auch das Problem. Graphen herstellen ist nicht wirklich schwer, aber:

1. Musst du die Prozedur (das abziehen) recht oft machen, also dauerts bis du Partikel hast
2. Musst du erst mal Partikel überhaupt finden, und dann auch noch die richtigen
3. Die Partikel die du findest sind halt winzig klein. Damit lässt sich vielleicht nen einzelner Transistor bauen, aber mit mehr wirds halt schon schwer.

Nen Wafer mit auch nur 10mm Durchmesser herzustellen kannste halt knicken. Mir wäre nicht bekannt, das man schon geschafft hätte Makroskopische Graphenpartikel herzustellen.

Silizium-Wafer herzustellen ist dagegen trivial.
 
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