Noch kein Nachfolger für Silizium in Sicht:
Alternative Computer-Bauteile in Entwicklung

Seit Jahren und Jahrzehnten prophezeien Experten ein Ende der Entwicklungsmöglichkeiten der derzeit in der Elektronik dominierenden Silizium-Technologie. Die weitere Verkleinerung wird in absehbarer Zeit an physikalische Grenzen stoßen. Bei der noch bis Freitag in Wien stattfindenden "International Conference on the Physics of Semiconductors - ICPS" präsentieren 1.300 neue und auch alternative Entwicklungen. Welche Technologie dereinst die dominierende Rolle des Siliziums übernehmen könnte, steht allerdings noch in den Sternen.

Die kleinsten Bauteile und Leitungen auf einem modernen Chip liegen derzeit bei einer Größe von rund 60 Nanometern (ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters). Bis auf zehn bis 15 Nanometer können die Strukturen noch schrumpfen und die Chips entsprechend leistungsfähiger und auch billiger werden, dann stößt die Sache unweigerlich an physikalische Grenzen.

Von Quanteneffekten und anderen Störungen
"Es werden unter anderem störende Materialeffekte auftreten, etwa dass isolierende Oxidschichten so dünn werden, dass sie ihre Funktion nicht mehr erfüllen", sagte dazu Günther Bauer von der Uni Linz am Rande einer Pressekonferenz. Ein weiteres Problem seien so genannte Quanteneffekte. So kann sich das Verhalten eines einzelnen Teilchens plötzlich verändern, was zu unliebsamen Ergebnissen führt.

Alternative Ansätze
Weltweit arbeiten laut Erich Gornik, Geschäftsführer der Austrian Research Centers (ARC), rund 15.000 bis 20.000 Halbleiter-Physiker an alternativen Konzepten. Ein Ansatz ist etwa die Verwendung von Graphit-Schichten. Doch auch hier wird es bei entsprechender Verkleinerung ähnlich Probleme wie mit Silizium geben, so Phaedon Avoris, Physiker in der IBM-Forschung. Daher setzen die Wissenschafter auf winzige Röhrchen, so genannte Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Hier treten die so genannten Randeffekte, wie in schmalen flachen Leitungen. Mittlerweile schaffen Grundlagen-Physiker einfache elektrische Schaltungen mit Nanoröhrchen, ob daraus jemals etwa leistungsfähige Computerchips entstehen, wird die Zukunft zeigen, so Bauer.

Ein völlig anderer Ansatz ist die direkte Nutzung von Quanteneffekten, wie etwa der Verschränkung. Dies ist ein Phänomen, das zwei oder mehrere Teilchen wie durch Zauberhand und theoretisch über beliebige Distanzen verbindet. Verändert man eines der Teilchen, hat das augenblicklich Auswirkungen auf Geschwisterteilchen. Über verschiedene Anordnung wird es dadurch möglich, etwa Schaltungen wie mit einem Halbleiter auszuführen

Quantenoptiker praktizieren Experimente mit der Verschränkung seit längerem mit Lichtteilchen (Photonen) und geladenen Atomen (Ionen). Seit kurzem gelingt es auch, Elektronen, die Träger des elektrischen Stroms, zu verschränken. Manipuliert wird dabei meist der Drehimpuls, auch Spin genannt. Ob diese Art von Quantenschalten jemals etwa in einem leistungsfähigen Quantencomputer verwendet werden, ist laut Bauer nicht vorhersehbar. "Ich bin überzeugt, dass sich eine Technologie durchsetzen wird und diese dann eine ähnliche Dominanz entwickeln wird, wie heute das Silizium", so der Wissenschafter. (apa/red)