Wenn von Computerchips die Rede ist, fallen oft Zahlen wie „2 Nanometer" oder „3 Nanometer". Das europäische Forschungsinstitut Imec im belgischen Löwen denkt bereits weiter: In einer langfristigen Roadmap skizzieren die Forscher, wie Halbleiterstrukturen bis in den Bereich von 0,2 Nanometern – also zwei Ångström – schrumpfen könnten. Der Zeithorizont reicht dabei bis etwa ins Jahr 2041. Wichtig vorweg: Das ist ein Forschungsausblick, kein Fahrplan für ein fertiges Produkt.

Was „zwei Ångström" bedeutet

Ein Ångström ist eine Längeneinheit in der Größenordnung einzelner Atome: Ein Silizium-Atom misst im Durchmesser rund zwei bis drei Ångström. Wenn Imec also von „zwei Ångström" (0,2 Nanometer) spricht, bewegt man sich rechnerisch im Bereich weniger Atomlagen. In der Praxis sind solche Knotennamen ohnehin längst keine physikalischen Maße einzelner Bauteile mehr, sondern Bezeichnungen für ganze Fertigungsgenerationen. Laut dem Bericht von heise online plant Imec für die 2030er-Jahre mehrere Generationen mit Kürzeln wie A10, A7, A5 und A3, bevor um 2041 die Ångström-Generation A2 folgen soll.

Warum reines Silizium an Grenzen stößt

Jahrzehntelang war Silizium das Grundmaterial jedes Transistors. Doch je kleiner die Strukturen werden, desto stärker machen sich physikalische Effekte bemerkbar: Leckströme steigen, die Steuerung der winzigen Schalter wird schwieriger. Um überhaupt in Ångström-Dimensionen vorzustoßen, setzen die Forscher auf neue Bauformen. Auf die heutigen Gate-All-Around-Transistoren (GAA) soll ab etwa 2033 die CFET-Architektur folgen, bei der zwei Transistoren platzsparend übereinandergestapelt statt nebeneinandergesetzt werden.

Für die kleinste Generation kommen zudem sogenannte 2D-Materialien ins Spiel – hauchdünne, teils nur eine Atomlage dicke Schichten, die Strom auch dann noch kontrolliert leiten, wenn klassisches Silizium versagen würde. Als möglicher Kandidat für die A2-Generation wird im heise-Bericht ausdrücklich Graphen genannt.

Die Rolle der Lithografie

Strukturen lassen sich nur so klein bauen, wie das Licht es erlaubt, mit dem sie „belichtet" werden. Hier kommt die EUV-Lithografie ins Spiel – ein Verfahren mit extrem ultraviolettem Licht sehr kurzer Wellenlänge, das feinste Muster auf die Chips zeichnet. Für die kommenden Generationen ist die Weiterentwicklung dieser Technik entscheidend, an der Imec eng mit dem niederländischen Hersteller ASML zusammenarbeitet, dem weltweit wichtigsten Anbieter von Lithografie-Systemen.

Was das für Europa bedeutet

Für Europa, das in der Serienfertigung modernster Chips hinter Asien und den USA zurückliegt, ist Imec ein strategischer Hebel. Die eigentliche Massenproduktion findet zwar größtenteils außerhalb des Kontinents statt – doch bei Grundlagenforschung und bei der Lithografie-Technik, Stichwort ASML, sitzt Europa an einer Schlüsselstelle. Imec bündelt dabei Forschungspartner und arbeitet mit den großen Chipherstellern weltweit zusammen.

Bleibt die Einordnung: Diese Roadmap ist ein ambitionierter Ausblick auf rund anderthalb Jahrzehnte. Ob sich Zeitplan, Materialien und Zielwerte exakt so realisieren lassen, wird die Forschung erst zeigen müssen. Doch sie macht sichtbar, mit welchen physikalischen Tricks die Branche das jahrzehntealte Versprechen immer kleinerer, schnellerer Chips am Leben halten will.