Kleinste Röhrchen für höchste Leistungen - Infineon-Forscher bauen erstmals Leistungshalbleiter mit Nanotechnologie

Forschern des Halbleiter-Herstellers Infineon Technologies AG ist es jetzt zum ersten Mal gelungen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen auch für die Herstellung von Leistungshalbleitern zu nutzen. Das berichten jetzt Infineon-Wissenschaftler aus München: Sie zeigen den ersten Schalter aus Nanoröhrchen, der Leuchtdioden oder Elektromotoren steuern kann. Dies gilt als Durchbruch für die Nanotechnik, da Wissenschaftler bisher davon ausgegangen sind, dass sich die winzigen Bauteile in atomaren Größenordnungen nicht für die hohen Spannungen und Stromstärken in Leistungshalbleitern eignen. Mit Leistungshalbleitern aus Kohlenstoff-Nanoröhren könnten Stromschalter eines Tages sehr viel kleiner und preiswerter hergestellt werden als bisher.

Nanoröhrchen sind winzige Schläuche aus Kohlenstoff-Atomen mit einem Durchmesser von einem Millionstel Millimeter. Das Haar eines Menschen ist etwa 100.000 Mal dicker. Transistoren für Computerchips wurden mit diesen winzigen Röhrchen in Forschungslabors bereits gefertigt, um Informationen zu speichern und zu verarbeiten. Doch dabei sind nur kleine elektrische Spannungen und Stromstärken im Spiel. Bei Leistungstransistoren dagegen - wie sie in Elektromotoren, in Lampen oder in Netzteilen genutzt werden - sind Spannung und Stromstärke mehr als tausendfach größer. Sie dienen als Schalter, bei denen es vor allem darum geht, Energieverluste zu minimieren oder mechanische Bauteile zu vermeiden. Bisher werden Leistungshalbleiter vor allem aus Silizium gefertigt, allerdings ist das relativ kompliziert und kostspielig.

Mit ihrem ersten Versuchsaufbau haben die Infineon-Forscher demonstriert, dass Kohlenstoff-Nanoröhrchen auch in Leistungstransistoren funktionieren. Voraussetzung: Sie müssen zu Hunderten oder Tausenden parallel zusammengepackt werden. Der Prototyp von Infineon schaltet bei einer Spannung von 2,5 Volt Leuchtdioden und kleine Elektromotoren. Er besteht aus rund 300 parallel angeordneten Nanoröhrchen. Vorteile der neuartigen Leistungstransistoren sind vor allem ein deutlich einfacherer Herstellungsprozess, höhere Schaltgeschwindigkeit, geringe Wärmeentwicklung und hohe Stromdichten, denen die dicht gepackten Kohlenstoffröhrchen standhalten. Noch befinden sich die Leistungstransistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen im Stadium der Grundlagenforschung. Wann sie kommerziell in großen Stückzahlen produziert werden können, ist noch offen.

Die Forschungsaktivitäten von Infineon auf dem Gebiet der Carbon-Nanotubes werden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.