Ende Januar haben IBM und Intel einen Durchbruch bei der Transistor-Entwicklung verkündet. Zum ersten Mal seit 40 Jahren wurde das grundlegende Transistor-Design modifiziert und Silizium beispielsweise bei den Gates durch ein Metall namens Hafnium-Dioxid ersetzt. IBM Rüschlikon hat nun einen Einblick in den Entwicklungsprozess gewährt und erklärt, wie Hafnium-Dioxid zum optimalen Material auserkoren wurde.
Die Halbleiter-Industrie hat lange nach einem neuem Material für das sogenannte Gate-Dielektrikum gesucht, das für das Schalten des Transistors zuständig ist. Allerdings ist die Auswahl eines neuen Materials alles andere als einfach, da es sich mit den bestehenden Materialien schlecht verbinden oder unter bestimmten Umständen ein unerwartetes Verhalten an den Tag legen könnte. Statt die Erforschung des Materials auf experimenteller Basis durchzuführen, was nicht nur aufwendig, sondern auch fehleranfällig gewesen wäre, wurde im IBM-Forschungslabor Rüschlikon erstmals komplett auf Computermodelle gesetzt, mit denen die Forscher nicht nur ermitteln konnten, welches Material am besten für die Gate-Dielektrika geeignet ist, sondern auch ein klares Bild über das physikalische Verhalten von Hafnium-Dioxid in Kombination mit Silizium erhalten.
Dazu haben sie 50 Modelle von sogenannten Hafnium-Silikaten (Mischung aus Hafnium und Silizium) nachgebildet, die aus bis zu 600 Atomen und 5000 Elektronen bestanden und auf physikalischen Gesetzen und nicht auf empirischen Daten basierten. So konnte das Verhalten der Materialien über die Zeit und ihre Dielektrizität berechnet werden, ohne mit durch Laborexperimente verursachte Problemen konfrontiert zu werden. Ermöglicht wurde dies erst durch die Leistung heutiger Supercomputer. Denn während der Blue Gene in Rüschlikon mit 4096 Prozessoren «nur» 250 Tage für die 50 Modelle benötigte, hätte selbst ein aktueller High-End-Laptop 700 Jahre daran rechnen müssen.
Erste CPUs mit dem neuen Material werden voraussichtlich 2008 erhältlich sein.
