Technologie verändert die Chip-Entwicklung

Der Wettlauf um die Halbleiterentwicklung verschärft sich. Angesichts von Arbeitskräftemangel, Verzögerungen in der Lieferkette und Materialknappheit beeilen sich die Chiphersteller, neue und verbesserte Halbleiterprodukte zu entwickeln.

Von 2019 bis 2022 stiegen die Herstellungskosten um 7 Prozent und die Importpreise um 5.7 Prozent. Disruptive Technologien können Unternehmen dabei helfen, die gestiegene Nachfrage und den Logistikdruck zu bewältigen, der sich auf ihre Gewinne auswirkt.

4 Technologien, die die Halbleitertechnik revolutionieren werden

1. Das selbstheilende, formverändernde, weiche Komposit

Forscher der Carnegie Mellon University haben „Thubber“ entwickelt, ein neuartiges weiches Verbundmaterial, das flüssige Elastomere mit mikroskopisch kleinen Tröpfchen aus Gallium-Indium-Legierung kombiniert. Es weist eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und funktioniert von -80 °C bis 200 °C, ähnlich wie flüssiger Silikonkautschuk. Thubber erzeugt bei Anlegen eines elektrischen Stroms eine innere Erwärmung, wodurch externe Wärmequellen unnötig werden. Es kann auch zu ultraflexiblen Dünnfilmen verarbeitet werden, wodurch die Herausforderungen von Wärmeleitpaste oder Aluminiumplatten überwunden werden können.

Ein Nano-CT-Scan von „Thubber“, der die flüssigen Metallmikrotröpfchen im Gummimaterial zeigt. Quelle: Carnegie Mellon University

2. Kohlenstoffnanoröhren umwickelt mit bandartigem Polymer

Forscher der Duke University haben eine Methode für kohlenstoffbasierte Halbleiter entwickelt, bei der mikroskopische Zylinder aus Kohlenstoffatomen zum Einsatz kommen, die stärker als Stahl und dünner als ein menschliches Haar sind. Dieser Durchbruch überwindet bisherige Einschränkungen, bei denen solche Zylinder nicht abgeschaltet werden konnten, was ihre elektronischen Anwendungen behinderte. Das Team löste dieses Problem, indem es spezielle Polymere um metallische Nanoröhren wickelte und sie so von Leitern in Halbleiter verwandelte.

3. Glassubstrate für Halbleitergehäuse

Glas ist erschwinglich, hat hervorragende thermische Eigenschaften und ähnliche physikalische Eigenschaften wie Silizium. Es behält seine Form im Laufe der Zeit mit minimaler Verformung oder Verschlechterung und verbessert so die Haltbarkeit und Effizienz der Elektronik.

Glassubstrate versprechen eine bessere Signalleistung als aktuelle organische Substrate und werden deshalb immer häufiger in modernen Halbleitergehäusen eingesetzt. Sie eignen sich gut für neue Anwendungen, die dichte, leistungsstarke Verbindungen in der Elektronik der nächsten Generation erfordern.

4. Zweidimensionaler ferroelektrischer Feldeffekttransistor

Chiphersteller versuchen, KI für Mikrochips nutzbar zu machen, stehen jedoch aufgrund ihres hohen Energiebedarfs vor Herausforderungen. Der aufkommende zweidimensionale ferroelektrische Feldeffekttransistor aus Hafniumoxid und Zinnsulfid bietet vielversprechende elektrische Eigenschaften. Er arbeitet deutlich schneller als menschliche Synapsen und verbraucht nur wenig Energie. Damit ebnet er den Weg für ultra-energiesparende, hochpräzise künstliche neuromorphe Netzwerke im Nanomaßstab.