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07.06.1985 - 

Forscher in Ibaraki halten an Josephson-Junctions fest:

Die Technologie, die aus der Kälte kam

MÜNCHEN (kul) - Schnellere Verarbeitung und kompaktere Hardware wollten Forscher aus aller Welt mit Hilfe der Josephson-Elemente erreichen. Handelte es sich bei Interessenten wie IBM jedoch lediglich um ein relativ kurzes Intermezzo so schwimmen die Japaner wieder einmal gegen den Strom an: In Nippon lebt Josephson weiter.

Auf einer Konferenz zum Thema "Angewandte Supraleitfähigkeit" in San Diego berichteten vor einiger Zeit Forscher des staatlichen japanischen Elektrotechnischen Labors in Ibaraki über ihre Arbeit. Zu sehen waren nach Meldungen der US-Fachpresse integrierte Schaltkreise auf Josephson-Basis. Diese Elemente, so hieß es weiter, befänden sich technisch noch nicht im LSI-Stadium, man würde aber darauf hinarbeiten.

In den Vereinigten Staaten hatten sich Hersteller wie IBM und AT&T Bell Labs zeitweise eingehend mit der Josephson-Technologie beschäftigt. Die Todesstunde dieser neuen Laborentwicklung schien allerdings gekommen, als IBM im Herbst 1983 das gesamte Projekt abblies (CW Nr. 47 vom 18. November 1983, Seite 1). Die Herren aus dem" Land der aufgehenden Sonne" ließen sich jedoch davon nicht beeindrucken und führten ihre Arbeit weiter.

Computer auf Tempo bringen

Auf die Frage, warum sich die Japaner nach wie vor der Josephson-Frage annähmen, erklärte Hisayo Hayakawa als Sprecher der Forschungsgruppe aus Ibaraki: "Die Antwort darauf ist nicht leicht. Uns steht noch ein großes Stück Arbeit bevor, bis wir ein digitales Josephson-System vorliegen haben. Noch können wir nicht einmal sagen, ob es sich überhaupt realisieren läßt. Und deshalb versuchen wir es zumindest."

Hayakawa verweist auf drei Technologien, die bei der Entwicklung des Höchstleistungscomputers den das japanische Ministerium MITI bis 1990 sehen will, zum Einsatz kommen könnten: Galliumarsenid, eine neue Art von Transistor namens High Electron-Mobility Transistor (HEMT) und Josephson-Schaltelemente. "Wir sind immer noch der Ansicht", meint der Forscher, "daß Josephson-Elemente für die Herstellung von Hochgeschwindigkeitsdigitalsystemen wertvolle Eigenschaften haben."

Hitze und Kälte verbünden sich

Besonders interessant erscheinen Hayakawa Kriterien wie hohe Geschwindigkeit (weniger als 20 Picosekunden pro Gate), geringer Energieverbrauch (0,6 Watt pro Quadratzentimeter) und hohe Dichte (10 000 bis 100 000 Gates auf einem Fünf-Millimeter-Chip). Angesichts dieser Zahlen könne davon ausgegangen werden, daß ein Computer auf Josephson-Basis zwei- bis dreimal schneller ist als eine Maschine, der die Silizium-Technologie zugrunde liegt.

Schwierigkeiten mit der Fertigung nannte IBM als einen der Gründe für die Einstellung des Projektes. Die Japaner, so wissen amerikanische Fachpublikationen zu berichten, glauben sich hier im Vorteil. Als spezielle Trumpfkarten sehen sie die Verwendung hitzebeständiger Materialien an sowie eine Technik, die sie "Reactive Ion Etching" (Reaktives Ionen-Ätzen nennen.

Die Herstellung von Josephson-Schaltkreisen muß bei Temperaturen um 300 Grad Celsius erfolgen; betrieben werden sie allerdings in extremer Kälte - nur ein paar Grad über dem absoluten Nullpunkt. Folglich muß das verwendete Material seine Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich konstant halten. Nach Aussage der Japaner genügen temperaturbeständige Stoffe wie Niob und Niobnitrat auf einem Silikonsubstrat diesen Anforderungen.

Hayakawa zufolge hoffen die Forscher, schon bald den Schritt von integrierten Schaltkreisen auf einem Chip zur Integration auf einem ganzen Wafer zu vollziehen. In der nächsten Stufe sei dann geplant, das Konzept der jetzt üblichen zweidimensionalen Schaltkreise zu verlassen und zu dreidimensionalen überzugehen.

Forscherehrgeiz auch ohne unmittelbaren Profit

In amerikanischen Expertenkreisen häIt sich die Ansicht, daß die Wissenschaftler aus Ibaraki kein wegs sicher mit einem Erfolg ihrer Technologie im Rennen um den neuen Supercomputer rechnen. Dem Forscherehrgeiz, so scheint es, tut das allerdings keinen Abbruch. Kommentierte ein amerikanischer Teilnehmer der Konferenz in San Diego:

"Die Einstellung der Japaner ist anders als die der Amerikaner. Sie haben Geduld, auch wenn sich kein unmittelbarer Profit abzeichnet. Wenn die Herren aus Nippon davon überzeugt sind, daß etwas gut ist, haben sie nichts dagegen, auch lange Zeit dafür zu schuften."