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03.09.2010 | |
Keilschrift und Gutenberg-Technik für die Nanocomputer von morgen
Hamburg (dpa) - Die längst ausgemusterte Lochkarte erlebt beim Computerriesen IBM derzeit eine Renaissance. In einer Liliput-Variante entsteht dort aus der Technik von gestern ein Datenspeicher von morgen. Wie in einer miniaturisierten babylonischen Keilschrift stanzen die IBM-Forscher um Nobelpreisträger Gerd Binnig Bits und Bytes mit winzigen Nano-Nadeln in einen dünnen Plastikfilm - und können so auf demselben Raum 20 Mal mehr Informationen unterbringen als die derzeit besten Magnetspeicher.
Der «Millipede» (Tausendfüßler) soll einmal tausende heißer Nadeln vereinen, die jeweils nur zehn Nanometer (millionstel Millimeter) kleine Krater in das Plastik schmelzen. Knapp 400 Megabyte schrumpfen so auf die Größe eines einzelnen Stanzlochs der klassischen Lochkarte. Der Inhalt von 25 DVDs ließe sich auf die Fläche einer Briefmarke quetschen. «Während herkömmliche Speichertechniken bald an fundamentale Grenzen stoßen könnten, bietet dieser nanomechanische Ansatz das Potenzial für eine tausendfach höhere Datendichte», erläutert Binnig.
Mit Hilfe tausender winziger Nadeln soll der nanomechanisch arbeitende "Millipede" die Datendichte heute üblicher Speicher um einige Größenordnungen übertrumpfen. (Quelle: IBM)
Bei der Eroberung der Nanowelt gewinnt die Mechanik an zahlreichen Stellen Bedeutung. Viele bislang übliche Verfahren werden in den schrumpfenden Dimensionen immer aufwendiger und teurer. Dabei stoßen sie nicht nur an ökonomische, sondern auch an physikalische Grenzen.
Nach einer von Intel-Gründer Gordon Moore aufgestellten Vorhersage verdoppelt sich die Zahl der Transistoren auf den Siliziumchips alle 18 Monate. Will die Chipindustrie dieses «Mooresche Gesetz» weiterhin erfüllen und damit das rasante Entwicklungstempo wahren, muss sie die Abmessungen der Schaltelemente alle drei Jahre halbieren. Schon heute liegen jedoch die üblicherweise mit Licht in einen Fotolack eingebrannten Strukturen in der Größenordnung von bis zu 100 Nanometern. Viel weniger ist nach den Gesetzen der Optik mit dieser optischen Lithographie nicht drin.
«Nanotechnologie ist in aller Munde, aber ihre Kommerzialisierung hängt entscheidend von unseren Fertigungsmöglichkeiten ab», argumentiert der Amerikaner Stephen Chou von der Princeton-Universität im US-Fachmagazin «Technology Review». Chou gilt als Vorreiter einer Methode, die nach Ansicht des Blattes die Nanoproduktion revolutionieren könnte: Er prägt die Chip-Strukturen mit einem Stempel ins Silizium.
Mit einem kräftigen Laserblitz schmilzt Chou dazu das Silizium an und presst dann einen Glasstempel in das weiche Material. Wie der Forscher im vergangenen Jahr im britischen Fachjournal «Nature» (Bd. 417, S. 835) berichtete, lassen sich so in Sekundenbruchteilen Muster mit einer Auflösung von weniger als 10 Nanometern erzeugen. Aufwendig ist nur die einmalige Herstellung des Stempels.
«Grundsätzlich sind Stempelverfahren im Kommen», urteilt Christian Röthig, Geschäftsführer des Karlsruher Zentrums für funktionale Nanostrukturen. «Sie haben den Vorteil, dass sich beliebige Muster parallel herstellen lassen, wobei sie die optischen Grenzen leicht unterschreiten.» Zudem ist das an den Buchdruck erinnernde Verfahren technisch simpel und daher vergleichsweise günstig. «Im Grunde ist das die Methode, mit der auch CDs gepresst werden», erläutert Röthig.
Die Aachener Gesellschaft für angewandte Mikro- und Optoelektronik (AMO) hat diese Gutenberg-Technik derweil so weiterentwickelt, dass sie auch bei Raumtemperatur funktioniert. Davon versprechen sich die Forscher eine höhere Präzision beim Prägen, weil sich das Silizium nicht mehr hitzebedingt verzieht. «Wir pressen einen Quarzglas- Stempel in einen dünnflüssigen Prägelack auf dem Silizium», erläutert AMO-Physiker Boris Vratzov. Mit UV-Licht wird der Lack gehärtet, der entstandene dreidimensionale Abdruck lässt sich anschließend mit einer speziellen Technik ins Silizium ätzen. Strukturen von bis zu 20 Nanometern seien so günstig zu erzeugen.
«Es ist gewagt zu behaupten, dass sich mit den Stempelmethoden die Herstellungsverfahren in der Halbleiterindustrie ersetzen lassen», schränkt Vratzov zwar ein. «Aber es werden auch zahlreiche neue Anwendungen möglich.» So könnten sich mit der Methode beispielsweise billig Plastikchips prägen lassen, die künftig statt gewöhnlicher Preisetiketten auf Lebensmitteln im Supermarkt kleben und per Funkübertragung das Kassieren überflüssig machen sollen.
Till Mundzeck, dpa
Weitere Infos:
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IBM Research "Millipede":
http://domino.research.ibm.com/Comm/bios.nsf/pages/millipede.html -
NanoStructures ILaboratory, Princeton University:
http://www.ee.princeton.edu/~chouweb/ -
DFG-Zentrum für funktionelle Nanostrukturen, Karlsruhe:
http://www.cfn.uni-karlsruhe.de/ -
Gesellschaft für angewandte Mikro- und Optoelektronik (AMO), Aachen:
http://www.amo.de/ -
Technology Review:
http://www.technologyreview.com/ -
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