Moderne Halbleitertechnologien

Bereits heute finden sich in Prozessoren Strukturen, die nur wenige Atomlagen umfassen. Doch die stete Miniaturisierung von Halbleiterstrukturen und Bauelementen ist alles andere als trivial und birgt viele Probleme.

Die Entwicklungen der Mikroelektronik revolutionieren nicht nur das Arbeitsleben, sondern auch in einem erheblichen Maße die Arten der menschlichen Kommunikation und des privaten Handel(n)s. Viele Ideen und Vorstellungen, die auf Grund der unzureichenden mechanischen oder elektrischen Realisierung über viele Jahrzehnte und Jahrhunderte im Bereich der Fiktion oder der gescheiterten Forscherversuche angesiedelt werden mussten, können mit den in gegenwärtig oder in absehbarer Zukunft zur Verfügung stehenden Technologien Wirklichkeit werden.

Hierzu hat die Halbleiterindustrie sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen. Diese reicht von der Herstellung des ersten Germanium-Bipolartransistors im Jahre 1947 durch Bardeen, Shockley und Brattain von den Bell Laboratories, über die erste Integrierte Schaltung von Jack Kilby (Texas Instruments) aus dem Jahr 1959 mit einem Transistor, drei Widerständen und einem Kondensator auf einem Stück Germanium bis zur monolithischen Integration von über bis zu 100 Millionen Feldeffekttransistoren, wie sie heute Stand der Siliziumtechnik ist. Einen Ausschnitt aus der Entwicklung gibt Intel mit seiner IA-32-Prozessorfamilie, die heute den PC-Markt in weiten Teilen beherrscht.

Dabei steigt die Anzahl der integrierten Bauelemente in einem exponentiellen Maßstab, wie Gordon Moore 1965, seinerzeit CEO von Intel, in seiner berühmten empirischen Beobachtung feststellte. Das Gesetz, das nun schon mehr als 30 Jahre Gültigkeit besitzt, besagt, dass sich die Komplexität integrierter Schaltungen alle 18 Monate verdoppelt. Dieser rasante Fortschritt wird ermöglicht durch die Skalierung der Bauelemente und Verbindungsleitungen. Dazu vermittelt dieser Beitrag zunächst einige allgemeine Grundlagen, bevor er auf aktuelle Entwicklungen eingeht.