Niskayuna, N.Y., 7. Juli 2004 - GE Global Research, die weltweite Forschungs- und Entwicklungseinrichtung von General Electric (GE), hat heute die Entwicklung einer besonderen Hochleistungsdiode aus Kohlenstoff-Nanoröhren bekannt gegeben. Mit der Mini-Diode ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu noch kleineren, schnelleren, elektronischen Geräten mit deutlich höherer Funktionsvielfalt gelungen. Die Nanodiode gehört mit zu den weltweit kleinsten bisher entwickelten elektronischen Bauteilen.

Die neue Diode aus Kohlenstoff-Nanoröhren ist der jüngste Erfolg des GE Programms "Nanotechnology Advanced Technology". Die breakthrough-Technologie von GE ist Titelthema der aktuellen Juli-Ausgabe der Applied Physics Letters, herausgegeben von der American Physical Society (05.07.2004).

Dioden sind Halbleiterelemente, die als Grundbausteine in vielen elektronischen Geräten wie Transistoren, Computerchips, Sensoren und LEDs zum Einsatz kommen. Die neue GE Entwicklung ist funktional flexibler als herkömmliche Dioden: Die GE Nanodiode kann nicht nur Licht aussenden, sondern auch registrieren und lässt sich somit als Diode oder Transistor einsetzen.

"Siliziumtransistoren haben die Vakuumröhrentechnik abgelöst und damit das elektronische Zeitalter eingeläutet. Die Kohlenstoff-Nanoröhrentechnik verleiht der Elektronik jetzt eine ganz neue Qualität", so Margaret Blohm, Leiterin des GE Nanotechnologieprogramms. "Es ist ein grosser Durchbruch, der uns wirklich begeistert: Wir können es gar nicht abwarten, jetzt konkret die Entwicklung neuer Anwendungen für die verschiedenen GE Unternehmensbereiche anzugehen."

Mit dieser jüngsten bahnbrechenden Entwicklung scheint GE die Grenzen des theoretisch Machbaren fast erreicht zu haben. Denn die GE Diode erreicht einen Idealitätsfaktor von nahezu Eins. Zum Vergleich: Das Leistungsoptimum für eine Diode liegt - ausgehend von der von Nobelpreisträger William Shockley stammenden idealen Diodengleichung - bei einem Idealitätsfaktor von "1".

Als mögliches Einsatzgebiet innerhalb GE bietet sich die nächste Generation der besonders empfindlichen Hochleistungssensoren an. Diese wären beispielsweise in Sicherheitsanwendungen zur Terrorprävention nützlich: Hochempfindliche Sensoren sind in der Lage, chemische und biologische Substanzen selbst minimaler Konzentration zu registrieren - ein sinnvoller Beitrag zur Sicherheit auf Flughäfen ebenso wie in Büro- und sonstigen öffentlichen Gebäuden.

Entwickler der Nanodiode ist Dr. Ji-Ung Lee, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Nanotechnologieprogramm des GE Forschungszentrums in Niskayuna, N.Y., dem Headquarters der weltweiten GE Global Research-Einrichtung. An der Verbesserung des Bauteils selbst sowie an der Wirtschaftlichkeit seiner Produktion wird derzeit weitergearbeitet. Nach Ansicht der GE Nanoforscher könnte dieser technologische Durchbruch eine ganze Reihe wichtiger Anwendungen im Computer- und Kommunikationsbereich sowie der Leistungselektronik und Sensortechnik voranbringen.

Eine Diode besteht jeweils aus einem p- sowie einem n-Halbleiter. Hierfür muss das Halbleiter-Ausgangsmaterial gezielt mit Fremdatomen verunreinigt, sprich dotiert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Halbleitern ist das Dotieren von Kohlenstoff-Nanoröhren bisher noch nicht wirtschaftlich.

Zur Erzeugung der p- und n-Bereiche setzt GE deshalb elektrische Felder ein. Die elektrische Feldkopplung wird erreicht über das Splitting der unter der Nanoröhre angelegten Steuerelektrode. Die beiden so entstehenden koplanaren Gates sind mit je einer Hälfte der Kohlenstoff-Nanoröhre verbunden. Der Aufbau folgt dem Prinzip des Feldeffekt-Transistors, der zwei unabhängig ansteuerbare Gates aufweist. Legt man am einen Gate eine negative und am anderen eine positive Vorspannung an, entsteht eine p-n-Sperrschicht.

Da die Dotierung nicht fest ist, kann die Polarität der Diode dynamisch zwischen p-n und n-p hin- und herwechseln. Außerdem kann das Bauelement auch als p-Kanal-Transistor (beide Gates mit negativer Vorspannung) oder n-Kanal-Transistor (beide Gates mit positiver Vorspannung) verwendet werden.

Nicht zuletzt machen die Materialeigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren Hoffnung, das Bauteil auch als LED einsetzen zu können.

Die Publikation erschien in kompletter Länge in der Druckausgabe der Applied Physics Letters vom 5. Juli 2004 und online unter http://apl.aip.org/.

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