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Neues Material für energiesparende Transistoren

Agnieszka Kuc/Universität Leipzig

Aufbau eines Logikschalters aus Palladiumsulfid

07.12.2015: Das Streben nach verbesserten Energiebilanzen ist allgegenwärtig, auch in der Erforschung von Transistoren für den Einsatz in Computer-Prozessoren. Der Chemiker Prof. Dr. Thomas Heine vom Lehrstuhl für Theoretische Chemie komplexer Systeme der Universität Leipzig hat mit seinem Team ein neues Konzept für energiesparende Transistoren entwickelt. Sie nutzen dafür die Eigenschaften der Edelmetallverbindung Palladiumdisulfid, die es erlauben, Transistoren aus einem einzigen Material herzustellen. Das verringert die Abwärme und verbessert damit die Energiebilanz erheblich, außerdem wird das Recycling erleichtert.

Das Schichtmaterial Palladiumdisulfid ist als Einzellage halbleitend, als Doppellage metallisch. Daher kann es - anders als bei herkömmlichen Transistoren - gleichzeitig zur Herstellung der stromleitenden Kontaktelektrode und auch der halbleitenden Schalter genutzt werden. Im herkömmlichen Transistor, dem grundlegenden Baustein eines Computer-Prozessors, ist das Halbleitermaterial - meist Silizium - mit stromleitenden Metallelektroden versehen. Diese bestehen häufig aus Gold. Bei Stromfluss treten sogenannte Kontaktwiderstände auf. Dadurch entstehen zwangsläufig Leitungsverluste, die ungünstig für die Energieeffizienz sind und zu Abwärme führen. Das Alternativkonzept von Heine und seinem Team nutzt ein und dasselbe Material sowohl für die Kontaktelektroden als auch für den halbleitenden Schalter: Palladiumdisulfid. Da Halbleiter und Elektrode aus der gleichen Kristallstruktur bestehen, wird der Kontaktwiderstand minimiert.

Die Möglichkeit, einen Transistor aus nur einem Grundmaterial herzustellen, hat nach den Worten Heines auch weitere Vorteile: So muss beim Recyceln eines Computers nicht - wie bisher üblich - der Halbleiter in einem aufwändigen Verfahren von den leitenden Kontakten aus Gold getrennt werden. "Auch die Miniaturisierung von Transistoren kann so weiter voranschreiten, denn ein ultradünnes Material wie Palladiumdisulfid ist schon so dünn wie es geht", sagt der Chemiker. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sieht Heine in der flexiblen Elektronik, etwa beim Anbringen von Solarzellen auf einer Jacke. "Dafür muss das Material flexibel sein. Palladiumdisulfid  wäre dafür geeignet. Es gibt aber auch weitere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften", erklärt der Wissenschaftler, der seit Juli dieses Jahres an der Universität Leipzig tätig ist und zuvor an der Jacobs University in Bremen geforscht hat.

Originalveröffentlichung:
"A single material logical junction based on two-dimensional crystal PdS2"; Advanced Materials

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