Nano-Relais

10. Dezember 2013, 14:36 Uhr
Nano-Relais
Nano-Relais

An vielen Stellen der Welt wird daran geforscht, die Vorteile von mechanischen Relais mit moderner Halbleitertechnik zu kreuzen. Auch wenn solche elektromechanischen Schalter prinzipiell langsamer als moderne Halbleiterschalter sind, bleiben doch einige Vorzüge dieser an sich antiquierten Schalttechnik: Zu nennen wären vor allem ein bidirektionaler Stromfluss und potentiell niedrige Ruheströme. Relais im Nano-Maßstab aber können bezüglich der Schaltgeschwindigkeit ganz andere Frequenzen erreichen als ihre normalgroßen Verwandten.
 
Zur Unterstützung dieser Bestrebungen fördert die Europäische Kommission ein Kooperationsprojekt von IBM Research Zürich mit STMicroelectronics zur Entwicklung eines Logik-Prozesses für Nano-Relais, der mit gängiger CMOS-Technik kompatibel ist. Außerdem sind auch Forscher der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Schweiz), der Kungliga Tekniska Högskolan (Schweden) sowie der Universitäten von Bristol und Lancaster (UK) an diesem Forschungsprojekt beteiligt. Eines der Schwerpunkte der Untersuchungen dreht sich um das Phänomen, dass mit zunehmender Miniaturisierung die Leckströme ähnliche Dimensionen wie die aktiven Betriebsströme erreichen, was für alle mobilen Anwendungen von autonomen Sensoren bis hin zu Smartphones problematisch ist.
 
Das NEMIAC (Nano-ElectroMechanical Integration and Computation) getaufte Projekt zielt auf die Entwicklung von Prozessen für NEMs (Nano-ElectroMechanical switches) ab, die sich für Embedded-Systeme und eine 3D-Integration in CMOS-Chips eignen. Ein Hauptziel ist eine massive Verbesserung der Energieeffizienz ohne Leistungseinbußen im Vergleich zu reinen Halbleiterstrukturen. Man erwartet von dieser Technik eine höhere Strahlungstoleranz und höhere mögliche Betriebstemperaturen als bei CMOS-Prozessen. Angepeilt sind Relais mit einem Flächenbedarf von nur 3x3 µm und einer Schaltzeit in der Größenordnung von 10 ns. Weiter wird eine Zuverlässigkeit in der Größenordnung von Milliarden Schaltvorgängen angestrebt, bevor sich diese Technik kommerziell nutzen lässt.

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