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Halbleiter für die Elektronik auf atomarer Ebene

Der Bayreuther Physiker Prof. Dr. Axel Enders hat gemeinsam mit US-amerikanischen und polnischen Partnern ein zweidimensionales Material entwickelt, das die Elektronik revolutionieren könnte. Aufgrund seiner Halbleiter-Eigenschaften könnte es sich für High-tech-Anwendungen weitaus besser eignen als Graphen. Das neue Material enthält Kohlenstoff, Bor und Stickstoff, der chemische Name lautet ,Hexagonal Boron-Carbon-Nitrogen (h-BCN)‘. Mit ihm könnte eine neue Generation elektronischer Transistoren, Schaltkreise und Sensoren, die um ein Vielfaches kleiner und biegsamer sind als bisherige elektronische Elemente, entwickelt werden. Voraussichtlich würde das auch eine deutliche Senkung des Stromverbrauchs bewirken. Der heute in der Elektronik dominierenden CMOS-Technologie sind hinsichtlich einer weiteren Miniaturisierung klare Grenzen gesetzt. „Um diese Barriere zu überschreiten, eignet sich h-BCN weitaus besser als Graphen, obwohl es genauso strukturiert ist wie Graphen“, meint der Bayreuther Physiker. Graphen ist ein Gitter aus Kohlenstoffatomen, die nur in der Fläche – also nur in zwei Dimensionen – miteinander vernetzt sind. Das Gitter ist daher genauso dünn wie ein einzelnes Atom. Graphen ist 100 bis 300 mal fester als Stahl und ist zugleich ein hervorragender Leiter für Wärme und Elektrizität. Doch Elektronen fließen bei jeder beliebigen elektrischen Spannung ungehindert hindurch, so dass es keine definierten Ein- und Aus-Zustände gibt. Deswegen ist Graphen für elektronische Bauteile ungeeignet. Hierfür werden Halbleiter benötigt, weil nur diese schaltbar sind.
Der Forscher hatte daher die Idee, einzelne Kohlenstoffatome im Graphen durch Bor und Stickstoff auszutauschen und zwar so, dass ein zweidimensionales Gitter mit den Eigenschaften eines Halbleiters entsteht. In einem Team mit Wissenschaftlern an der University of Lincoln-Nebraska hat er dieses Ziel nun verwirklichen können. Forschungspartner an der Universität Krakau sowie an der State University of New York, dem Boston College und der Tufts University in Massachusetts haben ebenfalls zu diesem Forschungserfolg beigetragen.

Bild: 3D-Strukturmodell des neuen zweidimensionalen, gitterartigen Materials h-BCN (Foto: Axel Enders)

www.uni-bayreuth.de

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