Schnelle Transistoren mit Oxiden

Foto: Ein Transistor im Rampenlicht

Wissenschaftler der Universität Augsburg, sowie der Penn State University, Pennsylvania (USA) erkannten den großen Vorteil der Oxide gegenüber Halbleitern: Die Oxide lassen sich mit Materialeigenschaften herstellen, wie zum Beispiel mit einer besonders hohen Dichte von Elektronen, die man mit Halbleitern nicht erzielen kann.

Fügt man zwei Schichten aus verschiedenen Oxiden zusammen, so kann sich zwischen ihnen eine hauchdünne Grenzschicht ausbilden, die aus einer Elektronengaswolke besteht. In dieser Grenzschicht, die nur zwei Nanometer dünn ist, befinden sich die Elektronen in einem Quantenzustand, der die Bewegung senkrecht zu den Schichten blockiert. Dadurch kann dort der Strom nur parallel zu den Schichten fließen. Die Elektronen bilden also ein zweidimensionales Elektronengas. Aus diesem Grund sind sie sehr beweglich und schnell.

Die Physiker haben nun eine solche Grenzschicht zwischen den Oxiden Strontiumtitanat und Lanthanaluminat untersucht. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich die Leitfähigkeit des Elektronengases mit der Dicke der oberen Oxidschicht (Lanthanaluminat) sprunghaft ändert. Nachdem die Forscher eine, zwei oder drei Kristalllagen aus Lanthanaluminat, aufgebracht hatten, bildete sich eine hochgradig isolierende Grenzschicht. Eine Kistalllage ist hierbei nur 0,4 Nanometer dick. Beträgt die Dicke der Lanthanaluminat-Schichten aber vier Kristalllagen oder mehr, wird die Grenzschicht schlagartig leitfähig, dann allerdings sehr gut.

Wie die Augsburger Forscher vorschlagen, lässt sich dieses sprunghafte Verhalten hervorragend zum Bau von HEMTs nutzen. Da das Elektronengas in den Kristallen mit den drei Lagen zwar perfekt isolierend, aber dennoch fast leitfähig ist, lässt es sich überaus leicht durch eine elektrische Spannung die senkrecht zur Grenzfläche angelegt wird, in den leitfähigen Zustand schalten. Damit kann die gesamte Anordnung als Transistor verwendet werden und so als Verstärker und Schalter von elektrischen Strömen dienen.

COMPAMED.de; Quelle: Universität Augsburg