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27.06.1980 - 

Neue Computer-Technologie in Sicht:

Galliumarsenid-Chips hoch "dotiert"

In den Entwicklungszentren führender Halbleiterhersteller helfen Computer den Ingenieuren, jene kommenden Rechnergenerationen zu entwickeln, denen sie einst selber werden weichen müssen. Und dabei müssen sie, die ja alle aus Silizium-Chips aufgebaut sind, sogar ihr ureigenstes Wesen verleugnen. In einigen Jahren schon dürften die ersten Chips auf Galliumarsenid-Basis in neuen Systemen der praktischen Nutzanwendung zugeführt werden.

Galliumarsenid verspricht im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Chips vor allem eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit um etwa den Faktor 30, prognostizieren die Fürsprecher dieser neuen Entwicklungslinie. Damit dürften sie vor allem für schnelle Echtzeit-Computer interessant werden, mit denen man so etwa in zehn Jahren rechnet.

Warum versteifte die Halbleiter-Welt sich bislang eigentlich so sehr auf Silizium als Chip-Basiswerkstoff? - Das hat vor allem zwei Gründe: Silizium läßt sich mit bestimmten Materialien "verunreinigen" beziehungsweise "dotieren", wie der Fachausdruck lautet; die Dotierung erst macht es zum Halbleiter mit jeweils ganz spezifischen Eigenschaften. Zweitens sind Silizium-Zylinder dank der typischen Si-Kristallstruktur relativ leicht in die dünnen Wafer-Scheiben, aus denen die einzelnen Chips später ausgeschnitten werden, zu zersägen.

Schaltkreise auf Galliumarsenid-Basis lassen sich im Prinzip genauso aufbauen wie die bekannten Silizium-Chips: In den vorgesehenen Zonen werden mittels Projektion von Schaltkreis-Masken positiv und negativ dotierte Halbleiter-Strukturen erzeugt. Doch während im schnellsten heutigen Silizium-Chip etwa 300 Picosekunden. (10E-12 s) verstreichen, eine ein Signal ein logisches Gatter passiert hat, dauert das im entsprechenden Galliumarsenid-Chip bloß 10 Picosekunden, erläutern Fachleute. In dieser Zeit legt ein Lichtstrahl gerade drei Millimeter zurück.

Trotz dieses Geschwindigkeitsvorteils schreckten bislang die Probleme beim Herstellen von Galliumarsenid-Chips die Entwicklungsteams: Nicht nur, daß dieses Material teurer als Silizium ist, auch in der Bearbeitung, der Reinigung beispielsweise, sowie beim Aufbringen der einzelnen Schaltkreisstrukturen zeigt es sich vergleichsweise sperrig.

70 logische Gatter pro Chip

Doch kürzlich hat Rockwell nun Versuchsmuster vorgestellt, die pro Chip 70 logische Gatter umfassen. Sie sind die Vorläufer weiterentwickelter Versionen, die wohl Anfang nächsten Jahres zu erwarten sind und die dann bereits die zehnfache Zahl von Gattern aufweisen sollen.

Diese neuen Bauelemente dürften zunächst wohl in der Nachrichtentechnik Verwendung finden, spekuliert man in der Elektronik-Fachwelt; später ist an ihren Einsatz als schneller Speicher für Logik-Schaltungen zu denken. In den Super-Rechnern kommender Jahre, die statt heute 100 dann etwa 250 Millionen Instruktionen pro Sekunde ausführen können, könnten Galliumarsenid-Chips bereits vielfach vertreten sein, prognostizieren Sachkenner.

Neben Rockwell befassen sich übrigens auch Unternehmen wie Univac, Hewlett-Packard und - natürlich IBM mit dem heute noch exotisch anmutenden neuen Computer-Material. Sicher förderlich für die Entwicklung dürfte es ein, daß US-Militärs die Entwicklung "schneller" Chips, vor allem für Radar- und Waffenleitsysteme, in den kommenden sechs Jahren mit 200 Millionen Dollar unterstützen wollen.

IBM favorisiert Josephson-Schaltkreise

Besonders interessant verspricht in Zukunft der "Wettlauf" zwischen Galliumarsenid- und Josephson-Schaltkreisen zu werden, wie vor allem IBM sie zu favorisieren scheint. Denn letztere versprechen gleichfalls kürzeste Verarbeitungszeiten, benötigen aber aufwendige Kühlanlagen: Sie arbeiten nur nahe dem absoluten Nullpunkt. Man darf gespannt sein, welche Varianten sich auf welchen Einsatzgebieten werden durchsetzen.

Egon Schmidt ist freier Wissenschaftsjournalist in München