Nanoelektronik mit Y-Schaltern und Quantendrähten

Von der Mikroelektronik zur Nanoelektronik

Für die Erfindung Lilienfelds war die Zeit zu Beginn des 19. Jahrhunderts aber noch nicht reif. Es fehlten die notwendigen Techniken. Erst nach dem Zweiten Weltkrieg wurde das Problem wieder aufgegriffen. Ziel war es, die als Schalter dienenden, großen und zu viel Energie verbrauchenden Elektronenröhren durch ein kleines, handliches und effizientes Element zu ersetzen.

Es gelang jedoch nicht, den Feldeffekttransistor zu realisieren, da die Ladungen im Kanal nicht verschoben werden konnten. Sie blieben aufgrund der schlechten Materialqualität an Fehlstellen der Oberfläche hängen. In den Bell-Telefon-Laboratorien nahmen sich die Physiker Bardeen und Brattain des Problems an. Es gelang ihnen 1947, den Spitzentransistor zu erfinden.

Ein wichtiger Schritt für die Mikroelektronik war die Weiterentwicklung zum Junctiontransistor durch Shockley. Mit diesem Bauelement begann nun eine rasante Entwicklung. Zunächst wurde der Halbleiter Germanium als Grundelement für Transistoren eingesetzt, dann aber bald durch Silizium ersetzt. Erst Silizium mit seinem stabilen Oxid ermöglichte es, ebene Strukturen herzustellen.

Jetzt konnten mehrere Transistoren auf einem Baustein integriert werden. Anfang der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts waren es zunächst tausend Transistoren, bald aber hunderttausend und schließlich Millionen, die zu einem Prozessor vernetzt werden konnten. Heute können bis zu zwei Milliarden Transistoren auf einem Prozessor mit der Größe eines Daumennagels integriert werden [1].

Die ersten Großcomputer waren zunächst aus hunderttausend Radioröhren aufgebaut. Sie arbeiteten aber nicht zuverlässig, da stets einige Röhren defekt waren. Die Computertechnik im großen Maßstab wurde erst durch hoch integrierte Schaltkreise auf Silizium möglich. Es entstanden Großcomputer und später Personal Computer mit außerordentlicher Leistungsfähigkeit.