Was ist ein Nanotransistor?

Transistoren sind die Grundbausteine ​​der meisten elektronischen Geräte, einschließlich aller Computer und Radios. Ein Nanotransistor ist ein Transistor, dessen Abmessungen in Nanometern gemessen werden. Ein Transistor mit einem Durchmesser von 300 Nanometern (Milliardstel Meter) wäre beispielsweise ein Nanotransistor. Transistoren dienen zum Schalten und Verstärken von elektronischen Signalen. In Millionen- und Milliardenbeträgen können sie zur Erstellung hochentwickelter programmierbarer Informationsprozessoren verwendet werden, die allgemein als Computer bezeichnet werden. Computer- und Kommunikationsunternehmen investieren jedes Jahr Hunderte Millionen Dollar in Forschungsgelder, um kleinere Transistoren zu entwickeln.

Die Miniaturisierung des Transistors ist das Kennzeichen von 50 Jahren Fortschritt bei kleineren Computern. In einem Trend, der als Moores Gesetz bekannt ist, hat sich die Anzahl der Transistoren, die Ingenieure auf einen Chip mit fester Größe stecken konnten, alle 18 bis 24 Monate verdoppelt. Somit bestand die gesamte Geschichte des Rechnens aus vielen Dutzenden von Verdopplungen. Unglücklicherweise für die Computerindustrie kann dieser Trend jedoch nicht für immer aufrechterhalten werden - die winzige Größe von Stromtransistoren läuft allmählich den Gesetzen der Physik zuwider.

Die Bemühungen, einen kleineren Nanotransistor herzustellen, sind ein Ansporn, das Gesetz von Moore zu erfüllen und Kunden eine bessere und schnellere Elektronik zur Verfügung zu stellen. Die konventionelle Photolithographie bietet Grenzen dafür, wie klein ein Nanotransistor hergestellt werden kann, weshalb neue Ansätze versucht werden, einschließlich der Verwendung von Mikroben und langsamer chemischer Gasphasenabscheidung zur Synthese von Transistorkomponenten. Die Bemühungen zur Herstellung von Nanotransistoren stehen an vorderster Front der Nanotechnologie.

Im November 2001 machten die Wissenschaftler von Bell Labs einen großen Schritt in Richtung kleinerer Nanotransistoren, indem sie individuell adressierbare Nanotransistoren im Maßstab eines einzelnen Moleküls herstellten. Diese Geräte sind so klein, dass ungefähr 10 Millionen auf einen Stecknadelkopf passen könnten. Die Herausforderung, winzige Elektroden für diese Transistoren zu erzeugen, wurde durch Selbstorganisation gelöst - indem Moleküle in einer bestimmten Mischung zusammengesetzt wurden, die dazu führte, dass sie sich ohne direkten Eingriff des Ingenieurs zusammenschlossen und sich selbst zusammensetzten. Leider ist dieser Ansatz noch experimentell und für die Massenfertigung noch nicht realisierbar.

Ein weiterer Meilenstein in der Entwicklung von Nanotransistoren wurde im Januar 2008 von Wissenschaftlern der University of Illinois mit dem Bau eines Nanotransistor-Radios erreicht, dessen aktive Komponenten ausschließlich aus Kohlenstoff-Nanoröhren bestehen. Kohlenstoffnanoröhren sind extrem flexible Materialien mit beispielloser Festigkeit und Nützlichkeit in der Elektronik.

Da Nanotransistoren so klein sind, kann ihr Verhalten nicht vollständig durch aktuelle Theorien beschrieben werden. Daher wurden Anstrengungen unternommen, um neue Theorien zu entwickeln, die auf die Nanoskala angewendet werden können.