IBM Nanotechnologie kann Handys verbessern

Nanotechnologie kann eines Tages die Reichweite Ihres Mobiltelefons erweitern und gleichzeitig die Batterielebensdauer verbessern, wenn ein Prototyptransistor von IBM auf den Markt kommt.

Forscher des Unternehmens verwenden Nanotechnologie, um eine zukünftige Generation von drahtlosen Transceivern zu bauen, die viel empfindlicher sind als die gefundenen heute in Handys. Sie werden laut IBM auch mit einem weniger teuren Material hergestellt. Der Haken dabei ist, dass die neuen Chips wahrscheinlich erst in fünf bis zehn Jahren in die Hände der Verbraucher gelangen werden.

Die Wissenschaftler, die von der US-Verteidigungsagentur DARPA gesponsert werden, haben mit dem neuen Prototyp Transistoren gebaut Material, Graphen genannt. Es ist eine Form von Graphit, die aus einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen in einem Wabenmuster angeordnet ist. Die Struktur von Graphen erlaubt es Elektronen, sehr schnell durch sie hindurchzulaufen und sie effizienter zu machen als existierende Materialien für Transceiver-Chips, sagte Yu-Ming Lin, ein Forschungsmitarbeiter bei IBM in Yorktown Heights, New York. Das Projekt ist Teil des DARPA-Programms CERA (Carbon Electronics für Hochfrequenzanwendungen).

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IBM kündigte am Donnerstag an, dass die Forscher eine Frequenz von 26 GHz bei Prototyp-Graphen-Transistoren erreicht haben. Die im Test verwendeten Transistoren hatten eine Gate-Länge von 150 Nanometern, und die Forscher streben eine Gate-Länge von 50 nm an, die Frequenzen über 1 THz ermöglichen würde.

Diese Frequenzen liegen weit über den heutigen Mobilfunknetzen. Es könnte militärische und medizinische Anwendungen für Frequenzen über 1 THz geben, wie zum Beispiel versteckte Waffen zu sehen oder medizinische Bildgebung ohne Verwendung schädlicher Röntgenstrahlen zu machen, sagte Lin. Im Gegensatz zu einem Röntgenstrahl wären Frequenzen im Terahertz-Bereich niedriger als die Frequenz von sichtbarem Licht, so dass es nicht die gleichen Strahlungsgefahren hätte, sagte er.

Aber bei herkömmlichen Frequenzen könnten Graphen-basierte Transceiver beides machen Mobiltelefone und Basisstationen empfindlicher und besser in der Lage, schwache Signale aufzunehmen. Der Schlüssel ist das Signal-Rausch-Verhältnis oder die Fähigkeit, das Funksignal von den anderen umgebenden Wellen zu unterscheiden. Bei einer gegebenen Entfernung kann ein Telefon mit einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis einen besseren Vorteil aus dem Signal ziehen, das von dem nächsten Zellenturm verfügbar ist. Ein empfindlicheres Telefon könnte sogar in Bereichen funktionieren, in denen die heutigen Telefone nicht funktionieren, sagte Lin. Darüber hinaus verbrauchen Graphen-Chips weniger Energie als die heutigen Handy-Radios, so dass Batterien länger halten könnten, sagte Lin.

Mehrere spezialisierte Materialien wurden in Hochfrequenz-Radios verwendet, darunter Galliumarsenid, Germanium und Indiumphosphid. Graphen ist eine weniger teure Alternative, die bei höheren Frequenzen als diese arbeiten könnte, sagte er. Es ist eine zweidimensionale Substanz aus Kohlenstoff, die Lin mit einer unverpackten Nanoröhre verglichen hat.

Handy-Hersteller sind definitiv bestrebt, den Nutzern bessere Signale und längere Akkulaufzeiten zu geben sowie Kosten zu senken, sagte Gartner-Analyst Stan Bruederle. In der Tat sind Mobilfunkbetreiber gezwungen, mehr Basisstationen aufzustellen, um nahe bei den Teilnehmern zu sein, um die hohen Datenraten zu liefern, nach denen sie mit Diensten der dritten Generation (3G) suchen. Empfindlichere Radios könnten diese Last erleichtern. Aber es gibt keine Garantie, dass sie auf Graphen-Chips als die beste Lösung springen, sagte Bruederle.

Ein aktueller Trend besteht darin, vorhandene CMOS-Technologie (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) für Transceiver zu verwenden und diese mit anderen Handy-Komponenten zu integrieren ein Chip. Dies senkt die Kosten durch die Integration und den Einsatz einer großvolumigen Chip-Technologie, sagte Bruederle. Im Wettbewerb mit dieser Art von Prozess würde Graphen wahrscheinlich nicht für 10 Jahre auf den Markt kommen, sagte er.

"CMOS sieht sich offensichtlich einigen Herausforderungen gegenüber", sagte Bruederle. "Aber Ingenieure sind erstaunlich innovativ. Es ist ein bewegliches Ziel."

(Zusätzliche Berichterstattung von Agam Shah in San Francisco.)