Eine neue Studie zeigt, dass mit Molybdänit kleinere und energieeffizientere elektronische Chips hergestellt werden könnten. Molybdänit ist ein noch leistungsfähigerer Werkstoff als herkömmlich verwendetes Silizium oder Graphen.
Die Entdeckung könnte eine bedeutende Rolle in der Elektronik spielen, da sie die Herstellung von noch kleineren Transistoren mit sehr viel geringerem Energieverbrauch ermöglicht: Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass Molybdänit (MoS2) ein sehr effizienter Halbleiter ist. Dieses im natürlichen Zustand in grossen Mengen vorkommende Mineral wird insbesondere als Legierungselement für Stähle oder Zusatzstoff für Schmiermittel verwendet. Im Bereich der Elektronik wurde es hingegen noch nie wirklich untersucht.
«Es handelt sich um einen zweidimensionalen, in der Nanotechnologie einfach zu verwendenden Werkstoff. Er besitzt ein attraktives Potenzial für die Herstellung von sehr kleinen Transistoren sowie von lichtemittierenden Dioden (LEDs) und Solarzellen», erklärt der verantwortliche Professor Andras Kis,. Er vergleicht die Vorteile mit den Vorzügen von Silizium und Graphen: Ersteres bildet heute den Hauptbestandteil der Chips im Elektronik- und Informatikbereich, und Letzteres bescherte nach seiner Entdeckung 2004 den beiden Physikern Andre Geim und Konstantin Novoselov von der Universität Manchester 2010 den Nobelpreis für Physik.
100 000 mal geringerer Energieverbrauch
Einer der Vorteile von Molybdänit besteht in dem viel kleineren Volumen gegenüber dem dreidimensionalen Silizium. «In einer 0,65 Nanometer dünnen MoS2-Folie können sich die Elektronen so leicht bewegen wie in einer 2 Nanometer dicken Siliziumfolie», erklärt Kis. «Zurzeit können allerdings keine so dünnen Schichten aus Silizium wie eine Einfachschicht MoS2 hergestellt werden.» Weiterer Vorteil: Der Werkstoff erlaubt die Herstellung von Transistoren, die im Stand-by bis zu 100 000 mal weniger Energie verbrauchen als herkömmliche Siliziumtransistoren. Um einen Transistor ein- und auszuschalten, ist ein Halbleiter mit Bandlücke erforderlich, und MoS2 besitzt eine ideale Bandlücke von 1,8 Elektronvolt.
Besser als Graphen
In der Festkörperphysik bietet das Bändermodell eine Möglichkeit zur Darstellung der Energiewerte von Elektronen innerhalb eines bestimmten Werkstoffs. Bei den Halbleitern sind die Bänder so angeordnet, dass sie durch eine Lücke (Bandlücke) voneinander getrennt sind. Wenn diese Lücke die richtige Grösse aufweist, kann sie von bestimmten Elektronen übersprungen werden und bietet so eine bessere Steuerung des elektrischen Verhaltens des Werkstoffs, der einfacher ein- und ausgeschaltet werden kann. Durch die Bandlücke besitzt Molybdän auch einen Vorteil gegenüber Graphen, denn dieses heute von vielen Wissenschaftler/innen auch in der Industrie als Werkstoff der Zukunft für die Elektronik betrachtete Halbmetall weist keine Bandlücke auf, und es ist sehr schwierig, eine solche künstlich zu erzeugen.
