Einem Forscherteam der Peking-Universität zufolge ist in der Chiptechnologie ein Durchbruch gelungen, der möglicherweise den Halbleiterwettlauf umgestalten könnte.
Der neu entwickelte chinesische 2D-Transistor wäre 40 % schneller als die neuesten 3-Nanometer-Siliziumchips von Intel und TSMC und würde 10 % weniger Strom verbrauchen. Diese Innovation, so sagen sie, könnte es China ermöglichen, die Herausforderungen bei der Herstellung von Chips auf Siliziumbasis vollständig zu umgehen.
„Dies ist der schnellste und effizienteste Transistor aller Zeiten“, heißt es in einer offiziellen Erklärung, die letzte Woche auf der PKU-Website veröffentlicht wurde.
Das von Peng Hailin , Professor für physikalische Chemie, geleitete Forschungsteam ist davon überzeugt, dass sein Ansatz einen grundlegenden Wandel in der Halbleitertechnologie darstellt.
„Wenn Chip-Innovationen auf Basis bestehender Materialien als ‚Abkürzung‘ betrachtet werden, dann kommt unsere Entwicklung von Transistoren auf Basis von 2D-Materialien einem ‚Spurwechsel‘ gleich“, sagte Peng in der Erklärung.
Überwindung von Halbleiterbarrieren
Bei der Entdeckung des chinesischen Teams handelt es sich um einen Transistor auf Wismutbasis, der die fortschrittlichsten kommerziellen Chips von Intel, TSMC, Samsung und dem belgischen Interuniversitären Zentrum für Mikroelektronik übertrifft.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Transistoren auf Siliziumbasis, die bei extrem kleinen Maßstäben Probleme mit der Miniaturisierung und Energieeffizienz haben, bietet dieses neue Design eine Lösung ohne diese Einschränkungen.
Halbleiter aus der Arbeit von Professor Peng Heilin
Laut Peng haben die von den Vereinigten Staaten verhängten Sanktionen Chinas Zugang zu den fortschrittlichsten Transistoren auf Siliziumbasis eingeschränkt, aber die Einschränkungen haben chinesische Forscher auch dazu veranlasst, alternative Lösungen zu erforschen.
„Während dieser Weg aufgrund der aktuellen Sanktionen aus der Not heraus entstanden ist, zwingt er Forscher andererseits dazu, Lösungen aus neuen Perspektiven zu finden“, fügte er hinzu.
Die Studie beschreibt, wie das Team einen Gate-Allround-Feldeffekttransistor ( GAAFET ) unter Verwendung von Materialien auf Wismutbasis entwickelte. Dieses Design stellt eine deutliche Abkehr von der Fin-Feldeffekttransistor-Struktur ( FinFET ) dar, die seit der Kommerzialisierung durch Intel im Jahr 2011 der Industriestandard ist.
Eine neue Ära für die Chiptechnologie
Die Grenzen siliziumbasierter Chips werden immer offensichtlicher, da die Industrie versucht, die Integrationsdichte auf über 3 Nanometer zu steigern. Die neue GAAFET-Struktur macht die in FinFET-Designs verwendete „Fin“ überflüssig und vergrößert die Kontaktfläche zwischen Gate und Kanal.
Die Forscher verglichen diese Veränderung damit, hohe Gebäude durch miteinander verbundene Brücken zu ersetzen, was die Bewegung der Elektronen erleichtert, wie die South China Morning Post berichtete.
Um die Leistung weiter zu optimieren, wandten sich die Forscher 2D-Halbleitermaterialien zu. Diese Materialien haben eine gleichmäßige Atomdicke und eine höhere Mobilität als Silizium, was sie zu einer praktikablen Alternative für Chips der nächsten Generation macht. Frühere Versuche, 2D-Materialien in Transistoren zu verwenden, waren jedoch mit strukturellen Herausforderungen konfrontiert, die ihre Wirksamkeit einschränkten.
Das PKU-Team überwand diese Hindernisse, indem es eigene Materialien auf Wismutbasis entwickelte, insbesondere Bi2O2Se und Bi2SeO5 , die als Halbleiter bzw. als hochdielektrisches Oxid fungieren. Die hohe Dielektrizitätskonstante dieser Materialien reduziert den Energieverlust, minimiert den Spannungsbedarf und erhöht die Rechenleistung bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs.
Die Forscher stellten die experimentellen Transistoren mithilfe der hochpräzisen Verarbeitungsplattform von PKU her.
Die Ergebnisse wurden mithilfe von Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) validiert, die bestätigten, dass die Bi2O2Se/Bi2SeO5-Materialgrenzfläche weniger Defekte und einen gleichmäßigeren Elektronenfluss aufweist als bestehende Halbleiter-Oxid-Grenzflächen.
„Dadurch werden Elektronenstreuung und Stromverlust reduziert, sodass Elektronen fast ohne Widerstand fließen können, so wie Wasser durch ein glattes Rohr fließt“, erklärte Peng.
Da auf dieser Technologie basierende Transistoren in der Lage sind, bei 90 % Stromverbrauch 1,4-mal schneller zu laufen als die fortschrittlichsten Chips auf Siliziumbasis, arbeitet das PKU-Team nun an der Skalierung der Produktion. Sie haben bereits kleine Logikeinheiten mit den neuen Transistoren gebaut und dabei eine hohe Spannungsverstärkung bei extrem niedrigen Betriebsspannungen nachgewiesen.
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Der Artikel „Peking University Team Makes 2D Transistors 40% Faster Than Best Silicon“ stammt aus Economic Scenarios .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Wed, 12 Mar 2025 19:55:50 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/team-delluniversita-di-pechino-realizza-transistor-2d-40-piu-veloce-rispetto-al-miglior-silicio/ veröffentlicht wurde.