Kupferkabel: Die Hülle ist entscheidend (Foto: Anja Schweppe-Rahe, pixelio.de)

Stanford (pte003/22.06.2015/06:10) –

Laut einem Team unter der Leitung der Stanford University http://stanford.edu ist es möglich, Computer-Chips auf sehr einfache Art deutlich schneller
zu machen. Sie setzen dazu auf das Kohlenstoff-Material Graphen. Es
kommt als Schutzschicht zum Einsatz, die Kupfer-Leiterbahnen im Inneren
eines Chips vom Silizium abschirmt. Damit könnten den Forschern zufolge
Chips mittelfristig um 30 Prozent schneller werden als mit dem bislang
gängigen Trennmaterial.

Graphen statt Tantalnitrid

Wie als Stromkabel in Gebäuden spielt Kupfer auch in
gängigen Chips eine wichtige Rolle, denn es verbindet in Form winziger
Drähte die Millionen von Transistoren. "Forscher haben gewaltige
Fortschritte bei allen anderen Chip-Komponenten gemacht, aber in letzter
Zeit ging bei der Leistung der Drähte wenig weiter", so der
Stanford-Elektrotechniker H.-S. Philip Wong.

Doch aktuelle Experimente zeigen, dass ausgerechnet ein
sehr kleines Element hier großes Potenzial hat – nämlich die
isolierende Schutzschicht um das Kupfer. Bislang kommt dafür
Tantalnitrid zum Einsatz, doch Graphen scheint diesem Material deutlich
überlegen. Der Vorteil des Graphens hängt damit zusammen, dass die
Schutzschicht um die Kupferdrähte eine andere Funktion hat als bei
großen Stromkabeln.

Kleiner und leistungsfähiger

Es geht vor allem darum, dass Kupferatome nicht in das
Silizium eindringen, denn das würde die Funktion des Chips gefährden.
Daher ist es möglich, dass elektrisch leitfähiges Graphen im Chip eine
effiziente Doppelrolle spielt. Es trennt Kupfer und Silizium,
unterstützt aber zugleich den Kupferdraht Dadurch bewegen sich
Elektronen schneller – und damit Daten, die zwischen den Transistoren
wandern. Der Chip kann diese also auch schneller verarbeiten.

Besonders interessant wird Graphen den Forschern
zufolge, wenn Chips weiter schrumpfen. Denn die Schutzschichten ein
Achtel so dick ausfallen wie jene aus Tantalnitrid. Zudem gewinnt der
Hilfsleiter-Effekt bei kleineren Strukturen an Bedeutung. In aktuellen
Chips wandern Elektronen nur vier bis 17 Prozent schneller durch die
Drähte.

In zwei Technologie-Generationen dürfte der
Geschwindigkeitsvorteil 30 Prozent erreichen, schätzen die
Wissenschaftler. Sie hoffen, dass die Aussicht auf deutlich schnellere
Computer weitere Forscher motiviert, sich mit dem Thema zu befassen.
Denn vor einer wirklich breiten Nutzung des Ansatzes sind noch einige
Hürden zu bewältigen.