Seit ihrer Entdeckung 1991 zählen sie zu den Stars unter den Molekülen: Carbon-Nanotubes – rund einen Nanometer dünne längliche Röhrchen, die von einem Gerüst aus Kohlenstoff-Atomen gebildet werden, gelten als heiße Kandidaten für die Anfertigung besonders kleiner und schneller mikroelektronischer Bauteile. Doch bisher konnten in den Forschungslabors erst einzelne Prototypen von Transistoren aus Nanotubes gefertigt werden, die nur sehr schwache Spannungen und Stromstärken aushalten. Nun gelang es einem Team des Chip-Herstellers Infineon, einen Transistor aus Nanoröhrchen zu bauen, der mit mehr als tausendfach höheren Leistungen zurechtkommt – und der den Weg zum Bau von Schaltern für Elektromotoren oder Leuchtdioden ebnen soll.
„Leistungshalbleiter aus Nanoröhrchen können weitaus kleiner und preiswerter hergestellt werden als die heutigen Komponenten aus Silizium”, nennt Dr. Franz Kreupl, Projektleiter im Forschungsgebiet Carbon-Nanotubes bei Infineon, die verlockende Perspektive. Um ausreichend belastbare Bauteile aus den winzigen Kohlenstoff-Schläuchen zu fertigen, ließen die Forscher Nanoröhrchen auf einem Substrat aus Silizium wachsen, das mit einer isolierenden Aluminiumdioxid-Schicht bedeckt ist. Dazu nutzten sie ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Nanotubes, bei dem die Moleküle unter hoher Temperatur aus Kohlenstoff-Gas abgeschieden werden. Während aber bislang eine Temperatur von mindestens 900 Grad Celsius erforderlich war, um die Röhrchen wachsen zu lassen, gelang das nun bereits bei 600 Grad.
Indem sie elektrisch leitende Kontakte aus Palladium aufbrachten, komplettierten die Forscher das Bündel aus Nanoröhrchen zu einem funktionsfähigen Leistungstransistor. Da bei der Herstellung der Nanoröhrchen neben den gewünschten halbleitenden Röhrchen immer auch etwa 20 Prozent metallische Röhrchen mit entstehen, entfernten sie diese mit einem Trick: Durch Anlegen einer Spannung werden die halbleitenden Röhrchen vorübergehend „ausgeschaltet” und die metallischen Röhrchen danach durch einen weiteren Spannungsstoß abgebrannt. Übrig bleibt ein Transistor, der nur aus halbleitenden Nanotubes besteht. Seine stromleitende Schicht enthält rund 300 Röhrchen und ist etwa einen Nanometer dick – und damit sehr viel dünner als bei konventionell aus Silizium hergestellten Transistoren. Weitere Vorteile der Nanotubes: Ihr Widerstand ist nur ein 20stel so groß wie der von Silizium, und sie verkraften unbeschadet eine 200-mal höhere Stromstärke.
