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WELTREKORD IN SACHEN
REINHEIT VERSPRICHT SCHNELLERE, LEISTUNGSSTAERKERE ELEKTRONIK
REHOVOT, Israel _ August 4, 1997 _ Forscher am Weizmann-Institut haben einen neuen Reinheits-Weltrekord aufgestellt.
Sie schufen den bisher reinsten Kristall des Halbleiters Galliumarsenid - eine Meisterleistung, die Elektronen in Rekordgeschwindigkeit durch das Material sausen laesst.
Elektronen flitzen mit einer Geschwindigkeit von 14,4 Millionen Zentimeter pro Sekunde (umgerechnet 518.400 km/h) durch den Werkstoff und uebertreffen damit den bisherigen Weltrekord von 11,7 Millionen cm/s, der 1989 in den Bell Laboratories in den USA aufgestellt wurde.
Diese Leistung, von der die Zeitschrift Applied Physics Letters in ihrer Ausgabe vom 4. August berichtet, ermoeglicht es Forschern, das Verhalten von Elektronen in extrem reinen Materialien zu studieren und gibt ihnen ein wichtiges Forschungsinstrument an die Hand, mit dessen Hilfe schnellere, leistungsfaehigere elektronische Bauelemente entwickelt werden koennen - zum Beispiel Halbleitertransistoren fuer die Telekommunikation oder andere Branchen.
Die Studie wurde von Dr. Vladimir Umansky, dem Doktoranden Rafael de-Picciotto und Prof. Mordehai Heiblum durchgefuehrt, die alle am Joseph-H.-und-Belle-R.-Braun-Zentrum fuer Submikron-Forschung des Weizmann-Instituts arbeiten.
Bereits seit Jahren sind Wissenschaftler in den fuehrenden Forschungslabors weltweit damit beschaeftigt, Halbleiter von groesstmoeglicher Reinheit zu produzieren - Werkstoffe, aus denen elektronische Prozessoren, Speicherchips, Signaluebertragungkreise und andere Bauelemente gefertigt werden. Reinheit ist ein wichtiger Faktor, denn sie erhoeht die Geschwindigkeit, mit der sich Elektronen durch den Halbleiter bewegen: je reiner das Material, desto weniger Kollisionen gibt es, die die Elektronen ablenken und verlangsamen - ein Phaenomen, das man Streuung nennt.
"Mit weniger Unreinheiten kommt es zu weniger Elektronenstreuung, die Elektronen bewegen sich schneller," sagt Heiblum. "Dies wiederum macht einen Chip schneller und besser."
"Ausserdem laesst sich das Verhalten von elektronischen Bauelementen aus reinen Werkstoffen genauer vorhersagen - ein entscheidender Faktor in der Elektronikbranche," fuegt er hinzu.
Der Weizmann-"Weltmeister" besteht aus einem Galliumarsenid-Kristall. Wegen seiner vorteilhaften Eigenschaften ersetzt der Werkstoff in zahlreichen Anwendungen immer haeufiger das bisher in der Mikroelektronik unverzichtbare Silizium. So sind zum Beispiel die Hauptkomponente von Mobiltelefonen und das Laserelement bei CD-Spielern aus Galliumarsenid, da dieses unter anderem eine schnellere Elektronenbewegung gewaehrleistet und Licht sehr wirksam absorbiert und abstrahlt. Darueber hinaus ist Galliumarsenid weniger anfaellig fuer Strahlung aus dem Weltall und daher besonders geeignet fuer den Einsatz in Satelliten, die fuer die Telekommunikation immer wichtiger werden.
Der am Weizmann-Institut hergestellte Halbleiter ist so rein, dass nur ein fremdes Atom auf fuenf Milliarden Galliumarsenidatome kommt. Das entspraeche einem einzigen Zuckerwuerfel in einem fuenfstoeckigen Haus mit 300 qm Grundflaeche.
Um Kristalle von solcher Reinheit zu produzieren, benutzten die Wissenschaftler eine einzigartige Vakuumanlage, die am Braun-Zentrum fuer Submikron-Forschung installiert und ausgebaut wurde. Sie haelt einen zweiten Weltrekord fuer derartige Anlagen - diesmal hinsichtlich Leere - denn sie produziert das bestmoegliche Vakuum, einen Druck von 10(-16) Atmosphaeren.
Ein enormer Temperaturunterschied wird innerhalb des Systems aufrecht erhalten: Waehrend die Vakuumpumpen bei minus 268 Grad Celsius arbeiten, werden die Kristalle aus den Rohmaterialien Gallium und Arsen bei einer Ofentemperatur von 650 Grad Celsius gebildet.
Die Forscher errechneten die Geschwindigkeit aus der Zeit, die ein Elektron benoetigt, um einen Zentimeter des Kristalls in einem elektrischen Feld von 1 Volt pro Zentimeter zu durchwandern.
Waehrend der Messungen hatten die Kristalle eine Temperatur von 0,1 K (nur ein Zehntel Grad ueber dem absoluten Nullpunkt), um Vibrationen der Atome zu verhindern, die bei hoeheren Temperaturen die Bewegungen der Elektronen stoeren und Streuung hervorrufen. So konnte, abgesehen von den Unreinheiten, die Bewegung der Elektronen durch nichts verlangsamt werden.
Diese Studie hat wichtige wissenschaftliche und praktische Auswirkungen auf die Mikroelektronik der Zukunft, vor allem fuer die Entwicklung von verbesserten Galliumarsenid-Halbleitern.
Das Projekt wurde teilweise von der Israel Academy of Sciences and Humanities, vom oesterreichischen Wissenschaftsministerium, von der Robert Bosch Stiftung und vom israelischen Verteidigungsministerium gefoerdert.
Umansky, de-Picciotto und Heiblum arbeiten in der Abteilung Festkoerperphysik des Weizmann-Instituts.
Videofilm: Eine B-Rolle ueuber die Studie ist in Becacam erhaeltlich.
Criteria of this press release:
Electrical engineering, Energy, Information technology, Materials sciences, Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
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German
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