Sexl Physik 7, Schulbuch

3.4 Miniaturisierung ? Antwort auf die Eingangsfrage Im Bereich der Halbleitertechnik spielt die Miniaturisierung eine große Rolle. Elektronische und mechanische Bauteile werden von Jahr zu Jahr kleiner. Ziel da- bei ist der Wunsch nach Leistungssteigerung und Geschwindigkeit, sowie nach Verringerung der Masse des Geräts und des Energieverbrauchs. Unterhalb einer bestimmten Größe aber, wo einzelne Schaltkreise nur mehr weni- ge Atome voneinander entfernt sind, können die einzelnen Leiterbahnen nicht mehr ausreichend gegeneinander isoliert werden und die einzelnen Transistoren beeinflussen einander unkontrolliert. Eine nochmalige Verkleinerung wird da- durch unmöglich. Die Forschung in diesem Bereich wendet sich daher neuen Mate- rialien zu. Zurzeit forscht man z. B. an Nanodrähten, die nur etwa ein Fünftel so dick sind wie die Leiterbahnen der heutigen Computerchips, was eine enorme Ver- ringerung des Platzbedarfs bedeuten würde. Organische Halbleiter basieren nicht auf teurem Silicium, sondern auf kosten- günstigen ringförmigen Kohlenstoffverbindungen. Dieses Forschungsgebiet befin- det sich in rascher Entwicklung. Erste Produkte (organische LED = OLED ) werden bereits für Displays von Smartphones oder Fernsehbildschirme hergestellt (siehe auch 32.4 ). Untersuche, überlege, forsche: Rechenleistungsvergleich 34.1 Die Verdopplungszeit von Transistoren pro Chip (nach dem Moor’schen Gesetz) wird heute mit 18 Monaten angegeben. Auf modernen Prozessoren befanden sich im Jahr 2004 auf einer Fläche von nur wenig mehr als 1 cm 2 100 Millionen Prozesso- ren. W 1 a) Unter diesen Annahmen wird 2020 die Rechenleistung des menschlichen Gehirns erreicht. Wie viele Transistoren befinden sich dann auf einem Chip? W 1 b) Die Dichte ist begrenzt durch die Ausdehnung der Atome. Wie viele Transis- toren passen auf einen Chip, wenn du von einem Atomdurchmesser von etwa 10 –10 m ausgehst und die Chipgröße durch 1 cm 2 näherst? Lässt sich die Rechenleis- tung des Gehirns mit der im Moment gängigen Technik erreichen? 34.1 Der eingebaute Beschleunigungssensor misst die räumliche Lage des Handys und ist Teil dessen erfolgreichen Bedienkonzepts. 34.2 USB-Sticks gibt es in vielen Ausführungen. Wie funktionieren sie – und wie viele Transis- toren enthalten sie? OLEDs (organic light emtting diodes) sind so genannte organische Leuchtdioden, die aus dünnen, organischen, halbleitenden Materialien bestehen. In der Herstellung sind diese Dioden günstiger als (anorgani- sche) Leuchtdioden, ihre Lebensdauer ist jedoch etwas kürzer. OLEDs werden vor al- lem für Bildschirme und Displays von klei- nen tragbaren Geräten wie Notebooks und Smartphones verwendet. Sie brauchen auf Grund des hohen Kontrasts keine Hinter- grundbeleuchtung, was Energie spart und die Bildschirme nicht so warm werden lässt. Teste dein Wissen W 1 34.1 Erkläre, was man unter dem Begriff Halbleiter versteht und wodurch sich die Leitfähigkeit von reinen Halbleitern ergibt. 34.2 Durch Zugabe von Fremdatomen (Dotierung) kann die Leitfähigkeit eines Halbleiters beträchtlich gesteigert werden. Beschreibe die Funktionsweise von p- und von n-Leitern! 34.3 Beschreibe den Aufbau einer Diode! 34.4 Wie funktioniert ein Transistor? 34.5 Welche Halbleiterbauelemente wandeln Licht in Elektrizität um und welche Elektrizität in Licht? Gib Beispiele dafür an! 34.6 Beschreibe Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle! 34.7 Wie funktioniert eine Leuchtdiode und wofür werden LEDs und OLEDs einge- setzt? 34.8 Erkläre, was man unter optoelektronischer Nachrichtenübertragung versteht und nenne verschiedene Beispiele! ausgesendetes Licht Golddraht Halbleiterkristall Reflektorwanne Kunststoff- gehäuse Anode Kathode 34.3 Aufbau einer LED. Die Kathode (−) ist durch den kürzeren Anschlussdraht gekenn- zeichnet. 34 ERWEITERUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv