Forscher der Arizona State University, der King Abdullah University of Science and Technology und anderer Institutionen haben eine neue Methode zur Synthese von hexagonalen Bornitrid-Dünnschichten (hBN) bei Temperaturen entwickelt, die mit der siliziumbasierten CMOS-Technologie kompatibel sind. So konnten stabile Memristor-Bauelemente erfolgreich hergestellt werden. Diese Forschungsergebnisse wurden in Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Das zweidimensionale Material hexagonales Bornitrid (hBN) bietet aufgrund seiner hervorragenden Isoliereigenschaften und mechanischen Festigkeit Potenzial für den Bau neuromorpher Computer- und In-Memory-Computersysteme. Herkömmliche Hochtemperatursynthesemethoden sind jedoch nicht mit CMOS-Prozessen kompatibel, und der Übertragungsprozess neigt zur Entstehung von Defekten. Das Forschungsteam nutzte die Elektronenzyklotronresonanz-Plasma-verstärkte chemische Gasphasenabscheidung (ECR-PECVD), um die direkte Abscheidung hochwertiger hBN-Filme bei Temperaturen unter 380 Grad Celsius zu erreichen.

Die mit diesem Verfahren hergestellten polykristallinen hBN-Dünnschichten weisen eine hervorragende Gleichmäßigkeit auf Waferebene auf und können ohne Transfer in bestehende elektronische Geräte integriert werden. Mit dieser Dünnschicht hergestellte Memristoren zeichnen sich durch eine hohe Ausbeute (ca. 90 %), einen stabilen Mehrzustandsbetrieb (über 16 Zustände) und eine ausgezeichnete Haltbarkeit aus. Die Forscher erklärten: „Wir haben die Memristoren direkt in ein industrielles CMOS-Testbett integriert und Millionen von Programmierzyklen erreicht, was einen bedeutenden Schritt in Richtung der Wafer-Integration von hBN-Memristoren darstellt.“

Dieser Durchbruch eröffnet neue Wege für die Integration zweidimensionaler Materialien in bestehende Halbleitertechnologien und dürfte die Entwicklung von Hochleistungsrechnern vorantreiben. Das Forschungsteam erklärte, dass diese Methode auch für die Niedertemperatursynthese und Integration anderer zweidimensionaler Materialien anwendbar sei.

Weitere Informationen: Jing Xie et al., On-chip direct synthesis of boron nitride memristors, Nature Nanotechnology (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature Nanotechnology