Nanoelektronik mit Y-Schaltern und Quantendrähten

Die Mikroelektronik ist heutzutage aus vielen Bereichen unseres Lebens wie Kommunikation, Mobilität, Sicherheit und Unterhaltung nicht mehr wegzudenken. Neuerungen in der Mikroelektronik haben daher einen direkten Einfluss auf unsere Wirtschaft und das Gemeinwesen. Aufgrund der rasanten Entwicklung der Mikroelektronik zur Nanoelektronik werden aber bald physikalische, technologische und ökonomische Grenzen erreicht werden.

Aus diesem Grund wird weltweit intensiv an neuen Technologien und Bauelementen der Nanoelektronik gearbeitet. Es gilt, neue Konzepte auf der Basis der Quantenphysik für eine neue Generation von Schaltern und Bauelementen auszunutzen, da klassische Schalter bei stetiger Verkleinerung ihre Funktion verlieren werden.

Die Mikroelektronik beruht auf Schaltern, um Signale ein- oder auszuschalten. Je weniger Energie für das Schalten benötigt wird und je kleiner der Schalter ist, desto komplexer und kompakter kann eine Anordnung aus Schaltern, ein Schaltkreis, ausfallen.

Als universeller Schalter der Mikroelektronik hat sich der Feldeffekttransistor durchgesetzt. Seine Geschichte begann im Jahr 1925. Prof. Julius Lilienfeld von der Universität Leipzig reichte ein Patent über einen elektrischen Schalter ein, der es erlauben sollte, einen elektrischen Kanal schalten zu können, ohne ihn mechanisch unterbrechen zu müssen.

Das zu Grunde liegende Prinzip basiert auf der Änderung der Anzahl der Ladungsträger im Schalter. Dieses Schaltverhalten erfolgt in Analogie zum Laden eines Kondensators über eine Batterie. Das elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten bewirkt das Laden. Daher wird der Schalter als Feldeffekttransistor bezeichnet.