Nanosheet

Ein Computerchip besteht aus Milliarden winziger elektrischer Schalter. Jeder dieser Schalter, Transistor genannt, lässt Strom durch oder blockiert ihn — daraus entstehen die Nullen und Einsen jeder Rechnung. Ein Nanosheet ist eine bestimmte Bauform solcher Schalter. Der Strom fließt dabei durch mehrere übereinander gestapelte, extrem dünne Siliziumbändchen, die jeweils nur wenige Atomlagen dick sind. Ein Steuerteil umschließt jedes dieser Bändchen vollständig von allen vier Seiten. Der Name kommt von dieser Form: ein Blättchen im Nanometerbereich, also im Millionstel eines Millimeters.

Warum Chips ohne Nanosheets nicht mehr kleiner wurden

Seit Jahrzehnten werden Transistoren immer kleiner. Kleiner heißt: mehr Rechenleistung auf gleicher Fläche und weniger Stromverbrauch pro Rechenschritt. Diese Verkleinerung stieß zuletzt aber an eine physikalische Grenze. Bei sehr kurzen Schaltern gelang es dem Steuerteil nicht mehr, den Strom sauber abzuschalten.

Das Ergebnis heißt Leckstrom: Der Transistor tropft, obwohl er zu sein sollte. Milliardenfach summiert sich das zu Hitze und verschwendeter Energie. Genau hier hilft die Nanosheet-Bauform. Weil der Steuerteil das Siliziumbändchen rundherum umschließt, hat er viel mehr Kontrolle über den Stromfluss. Die Schalter lassen sich dadurch weiter verkleinern, ohne dass sie undicht werden.

Für die Chipindustrie ist das ein Milliardenthema. Wer die Nanosheet-Fertigung zuerst zuverlässig beherrscht, baut die schnellsten Prozessoren für Smartphones, Rechenzentren und KI-Systeme. Die Konkurrenz zwischen TSMC aus Taiwan, Samsung aus Südkorea und Intel aus den USA dreht sich derzeit im Kern um diese Bauform.

Vom Fin zum gestapelten Bändchen

Bis etwa 2011 waren Transistoren flach gebaut. Der Steuerteil, das sogenannte Gate, lag wie ein Deckel oben auf dem Kanal, durch den der Strom fließt. Er konnte also nur von einer Seite einwirken. Danach kam der FinFET: Der Kanal wurde als schmale Rippe aufgestellt, das Gate umfasste ihn von drei Seiten. Das englische Wort fin heißt Finne oder Flosse.

Das Nanosheet geht einen Schritt weiter. Der Kanal ist kein senkrechter Grat mehr, sondern ein flach liegendes, waagerechtes Bändchen. Mehrere davon werden übereinandergestapelt, meist drei oder vier. Das Gate-Material wird zwischen den Bändchen hindurchgewachsen und umschließt jedes vollständig. Diese Rundum-Steuerung heißt im Fachjargon Gate-All-Around, abgekürzt GAA.

Die Herstellung ist heikel. Zunächst wächst ein Stapel aus abwechselnden Schichten Silizium und einer Silizium-Germanium-Legierung. Anschließend wird die Legierung chemisch herausgeätzt, sodass die Siliziumbändchen frei in der Luft hängen. Erst dann füllt man den Zwischenraum mit dem Gate-Material. Ein Vorteil gegenüber dem FinFET: Die Breite der Bändchen lässt sich anpassen. Breitere Bändchen schalten mehr Strom und damit schneller, schmalere sparen Energie.

Wo die Bauform in Produkten und Schlagzeilen auftaucht

Nanosheets stecken in den modernsten Fertigungsstufen, die in Nanometern angegeben werden — etwa 2 nm oder Intels 18A. Diese Zahlen sind allerdings nur Marketingnamen für eine Fertigungsgeneration und keine gemessene Länge. Samsung setzte die Technik bereits ab dem 3-nm-Knoten ein, TSMC und Intel folgten mit ihren 2-nm-Generationen.

Im Alltag begegnet dir das Ergebnis, nicht der Begriff. In Smartphone-Chips der Jahrgänge ab 2025 und in Prozessoren für Notebooks stecken solche Transistoren. Besonders wichtig sind sie für KI-Rechenzentren, weil dort der Stromverbrauch inzwischen die größte laufende Kostenposition ist.

In Wirtschaftsnachrichten taucht Nanosheet meist im Zusammenhang mit Ausbeute auf. Ausbeute meint den Anteil funktionierender Chips pro gefertigter Siliziumscheibe. Eine niedrige Ausbeute bei einer neuen Bauform kann Produktstarts verschieben und Aktienkurse bewegen. Als Nachfolger gilt bereits der sogenannte Forksheet oder der CFET, bei dem zwei Transistortypen übereinandergestapelt werden.