Ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Substitution von Silizium.
Das singapurische Startup-Unternehmen Nexstrom gab am 22. September 2026 bekannt, dass es eine Seed-Finanzierungsrunde in Höhe von 12 Millionen US-Dollar abgeschlossen hat, die von Xora Innovation angeführt wurde. Diese Mittel werden für die Vermarktung seines Geräts mit dem Namen „North Star“ verwendet, das zweidimensionale Halbleitermaterialien – Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMD) – direkt auf 300-Millimeter-Wafern (12 Zoll) aufwachsen lassen kann.
Im Juni 2026 demonstrierten ASML, TSMC und imec die Integration zweidimensionaler Transistoren auf 300-Millimeter-Wafern, ihre Kanäle wurden jedoch auf separaten Substraten gezüchtet und anschließend auf die Wafer übertragen. Kann man hochwertige Filme, die die Anforderungen von Massenproduktionslinien erfüllen, direkt auf dem Wafer züchten? Das ist genau die Frage, die Nexstrom zu beantworten versucht. Der Vergleich der Unternehmensdokumente mit den Erklärungen des Managements zeigt Unterschiede in der Beschreibung des Zielzeitpunkts: ob es „auf 300-Millimeter-Wafern realisiert“ oder „geplant bis Ende Oktober abgeschlossen“ ist.
Den Angaben zufolge ist Nexstrom ein von Investoren gegründetes Unternehmen. Auf seiner offiziellen Website heißt es, dass das Unternehmen 2024 von Lance Li und Xora Innovation gegründet wurde. Nexstrom entstand im Rahmen des Startup-Inkubationsprogramms von Xora, was bedeutet, dass das Investmentunternehmen bereits in der frühen Unternehmensphase involviert war. Xora ist Berichten zufolge ein Venture-Capital-Unternehmen von Temasek. Das beteiligte SEEDS ist eine regierungsnahe Investmentinstitution unter der Enterprise Singapore und SG Growth Capital, einer Investmentinstitution der Singapore Economic Development Board (EDB).
Mehrere Mitglieder des Managementteams verfügen über Forschungserfahrung bei TSMC. Die Geschäftsführerin Dr. Phoebe Tan ist einer der Mitbegründer, und der leitende Wissenschaftler Dr. Lance Li leitete einst die Forschung zu nach-Silizium-Elektronikbauelementen bei TSMC. Dr. Li forscht seit 2012 an der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) von einkristallinem Molybdändisulfid (MoS₂), wie in der Pressemitteilung hervorgehoben wird, und wurde seit 2018 von Clarivate als hochzitierter Wissenschaftler ausgezeichnet. Professor Philip Wong von der Stanford University, der von 2018 bis 2020 als Vizepräsident für Forschung und Entwicklung bei TSMC tätig war, ist nun als Berater in den Vorstand eingetreten.
Dieses Unternehmen verkauft Geräte zur Herstellung von Chipprofilen, nicht die Chips selbst. Nach Angaben der Singapore Economic Development Board (EDB) wird jedes zehnte Halbleiterbauelement und jedes fünfte Halbleitergerät weltweit in Singapur hergestellt. Nexstrom positioniert sich nicht als Konkurrent von Wafer-Foundries, sondern als Lieferant von Materialien und Geräten. Aufgrund der Beteiligung von regierungsnahen Investoren war das Unternehmen ursprünglich ein Gerätehersteller, und Singapur selbst ist ein Land mit einer stark konzentrierten Geräteindustrie.
Ein potenzieller Ersatz für Silizium?
Um die Größe von Transistoren zu verkleinern, muss auch der Kanal, der als Strompfad dient, sehr dünn sein. Nach Angaben von imec sinken die Beweglichkeit (die Leichtigkeit, mit der sich Elektronen bewegen) und der Einschaltstrom erheblich, wenn die Dicke des Siliziumkanals unter 10 Nanometer liegt. Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMD) sind Kristalle, in denen Metalle wie Molybdän und Wolfram mit Elementen wie Schwefel und Selen schichtweise angeordnet sind, wobei die Dicke einer einzelnen Schicht nur etwa 0,7 Nanometer beträgt.
TMD-Materialien nutzen die eigene Dicke des Kristalls, um Kanäle herzustellen, die dünner sind als die Dicke, bei der die Leistung von Siliziummaterialien abnimmt. Aufgrund dieser Eigenschaft gelten TMD-Materialien als Kandidaten für Kanalwerkstoffe der nächsten Generation.
Allein die Dünne reicht jedoch nicht aus, um Transistoren herzustellen. Eine Übersichtsarbeit von Das et al., die 2021 in der Zeitschrift *Nature Electronics* veröffentlicht wurde, weist darauf hin, dass selbst der Kontaktwiderstand zwischen dem leistungsstärksten Übergangsmetall-Dichalkogenid (TMD) und Metall um eine Größenordnung höher liegt als der von stark dotiertem Silizium. Gouri Sankar Kar von imec erläuterte ebenfalls, dass bei zweidimensionalen TMD die Vergrößerung der Kontaktfläche zur Verringerung des Kontaktwiderstands die Miniaturisierung behindert.
Ein weiteres Hindernis liegt im Film selbst. Ein Artikel, der von Intel im Oktober 2024 veröffentlicht wurde, weist darauf hin, dass zweidimensionale Halbleiter ohne hochwertige und stabile Filme nicht in der Massenproduktion eingesetzt werden können. In demselben Artikel erläuterte CEA-Leti, dass die besten CVD-Filme auf Substraten wie Saphir bei Temperaturen von über 600 °C gezüchtet werden. Selbst wenn hochleistungsfähige Filme verfügbar sind, ist nicht garantiert, dass sie an jeder Stelle des gesamten Siliziumwafers die gleiche Qualität aufweisen.
Nexstrom arbeitet daran, das Filmproblem unter diesen beiden großen Hindernissen zu überwinden. Dr. Li erklärte in der Pressemitteilung: „Die Herausforderung besteht nicht darin, das Potenzial zweidimensionaler Materialien zu demonstrieren, sondern darin, sie in dem Umfang und der Qualität zu produzieren, die fortschrittliche Foundries benötigen.“ Professor Wong kommentierte: „Die Industrie braucht hochwertige, gleichmäßige zweidimensionale Materialien auf 300-Millimeter-Substraten.“ Das Problem des Kontaktwiderstands bleibt ein Bereich, der von den Geräten des Unternehmens nicht direkt gelöst werden kann.
Aussichten für North Star
Das Produkt North Star ist ein Gerät, das TMD (mikrostrukturelles Abscheidegerät) direkt auf 300-Millimeter-Wafern (12 Zoll) züchten kann. Auf seiner offiziellen Website wird es als kaltwandiges CVD-System beschrieben, und es heißt, dass das Unternehmen bis 2025 die MOCVD-Plattform (Metallorganische Chemische Gasphasenabscheidung) auf 100-Millimeter-Wafer erweitert hat. Die Frage ist, welche Fortschritte es bei 12-Zoll-Wafern gemacht hat?
Der Vergleich der eigenen Erklärungen des Unternehmens zeigt zeitliche Unstimmigkeiten. Die Unternehmensbeschreibung in der Pressemitteilung verwendet das Perfekt und besagt, dass es „die branchenweit erste Plattform zur Herstellung von einkristallinen zweidimensionalen Halbleitern für 12-Zoll-Wafer entwickelt hat“. Im Hauptteil derselben Pressemitteilung taucht jedoch eine Formulierung im Präsens auf: „Wir arbeiten auf das Ziel des branchenweit ersten Wachstums von zweidimensionalen 12-Zoll-Wafern hin“. Der Zeitplan auf seiner offiziellen Website listet unter dem Eintrag für 2026 die „Realisierung der kommerziellen TMD-Synthese auf 300-Millimeter-Wafern“ auf.
Die Geschäftsführerin Phoebe Tan sprach in einem Interview mit TechCrunch über eine weitere Phase. Sie erklärte, dass sie mit dem neu installierten 12-Zoll-Gerät bereits wesentliche Ergebnisse auf Wafern erzielt haben, und erläuterte, dass das Verfahren schrittweise von 2 Zoll auf 6 Zoll erweitert wurde, „und die Erweiterung auf 8 Zoll und 12 Zoll ist für Ende Oktober geplant“. Mit anderen Worten: Obwohl die Pressemitteilung und die offizielle Website behaupten, dass sie das Wachstum von TMD auf 300-Millimeter-Wafern realisiert haben, erklärte die Geschäftsführerin, dass der Abschluss des 12-Zoll-Verfahrens erst für Ende Oktober 2026 erwartet wird.
Diese beiden Aussagen sind miteinander vereinbar, da das Testen von Materialien mit einer 12-Zoll-Maschine und der Abschluss des vollständigen 12-Zoll-Verfahrens verschiedene Phasen bezeichnen können.
Derzeit können die Leser jedoch nur erfahren, dass die 12-Zoll-Maschine in Betrieb genommen wurde und die Materialtestergebnisse veröffentlicht wurden. Die Geschäftsführerin selbst hat nicht erklärt, dass sie das stabile Wachstumsverfahren für die Massenproduktion von 300-Millimeter-Wafern perfektioniert hat. Bisher sind keine öffentlichen Drittbewertungsberichte zur Qualität von 300-Millimeter-Wafern verfügbar. Nach Angaben von TechCrunch testen einige Unternehmen in der Industrie Proben, aber die Namen dieser Unternehmen sind noch nicht öffentlich bekannt.
Der Begriff „branchenweit erstes“ muss ebenfalls mit Vorsicht verwendet werden. Das am MIT ansässige Unternehmen CDimension kündigte an, das Wachstum zweidimensionaler Materialien auf 300-Millimeter-Wafern im Juli 2025 zu realisieren. Ob diese Aussage zutrifft, hängt von den Definitionskriterien für „erstmals“ ab, beispielsweise ob es sich um einkristalline Materialien handelt.
Leistungsdaten folgen demselben Muster. Auf der offiziellen Website sind Leistungsindikatoren wie „Defektdichte um bis zu ein Prozent reduziert“, „Schaltverlustleistung um bis zu 75 % reduziert“ und „Gatelänge mehr als verdoppelt“ aufgeführt, es wird jedoch nicht angegeben, womit diese Daten verglichen werden, noch welche Waferdurchmesser und Messbedingungen verwendet wurden. Die Bedeutung dieser Daten ändert sich erheblich, je nachdem, ob sie mit Siliziumfilmen, die nach anderen Wachstumsverfahren hergestellt wurden, oder mit TMD-Filmen verglichen werden. Derzeit können wir diese Daten nur als Aussagen des Unternehmens interpretieren.
Drei Wege, Filme auf Wafer zu laden
Im Juni 2026 gaben ASML, TSMC und imec bekannt, dass sie auf demselben 300-Millimeter-Wafer erfolgreich n-Typ-Transistoren (nFET) mit MoS₂ und p-Typ-Transistoren (pFET) mit WS₂ oder WSe₂ hergestellt haben. Der Kontakt-Polysilizium-Abstand (CPP, der Abstand zwischen den Gate-Elektroden) betrug 50 nm, und 94 % der Transistoren funktionierten ordnungsgemäß. Das Kanalmaterial wurde von anderswo gezüchteten Filmen auf Wafer übertragen, die zuvor mit eingebetteten Wolframrillen bearbeitet wurden. Alle drei branchenführenden Unternehmen demonstrierten die 300-Millimeter-Integration mit Transfertechnologie statt direktem Wachstum.
Der Grund für die Wahl des Transferverfahrens liegt in der Temperatur. Nach Angaben von imec erfordert das direkte Wachstum zweidimensionaler Materialien auf Wafern in der Regel Temperaturen von etwa 1000 °C. Das Transferverfahren, bei dem Filme, die auf separaten Substraten gezüchtet wurden, auf Wafer übertragen werden, erfordert nur Temperaturen von etwa 300 °C.
Die Temperatur des Back-End-of-Line-Verfahrens (BEOL) zur Herstellung von Verdrahtungsschichten sowie die Verfahren auf der Rückseite des Wafers müssen unter 400 °C gehalten werden, um eine Beschädigung der bereits hergestellten Bauelemente zu vermeiden. Wenn das 1000 °C-Wachstum auf dem noch in Bearbeitung befindlichen Wafer durchgeführt wird, können die darunter liegenden Schaltkreise die hohe Temperatur nicht aushalten. Daher erfolgt das Hochtemperaturwachstum in einem separaten Bereich, und anschließend werden die Filme mit einem Niedertemperatur-Transferverfahren übertragen – das ist eine Arbeitsteilung.
Das aus dem MIT ausgegründete Unternehmen CDimension versucht, dieses Problem durch Temperatursteuerung zu lösen. Im Juli 2025 kündigte das Unternehmen ein einzigartiges Verfahren an, das einkristallines Molybdändisulfid (MoS₂) auf der gesamten Oberfläche von 300-Millimeter-Wafern bei etwa 200 °C züchten kann, und behauptete, dass das Verfahren die Zeit bis zur praktischen Anwendung um die Hälfte verkürzt. Nach Angaben von IEEE Spectrum heißt es in der Ankündigung, dass die Wachstumstemperatur unterhalb der BEOL-Grenze (Grenze für niedrigen Energieverbrauch) von 400 °C gehalten wird.
Die Verfahren zur Abscheidung zweidimensionaler Materialien auf Wafern umfassen in der Regel: direktes Wachstum bei etwa 1000 °C, Wachstum auf separaten Substraten anschließender Transfer bei etwa 300 °C sowie das Niedertemperaturwachstum von CDimension bei etwa 200 °C. Nexstrom behauptet, Filme bis zu 300 Millimeter Dicke direkt züchten zu können, hat jedoch seine Wachstumstemperatur nicht öffentlich bekannt gegeben. In der Zeile für die Temperatur ist Nexstrom das einzige Unternehmen, das keinen Wert angegeben hat. Abhängig von der Wachstumstemperatur des Films von Nexstrom kann dieser direkt auf den Wafern für die Bauelementherstellung abgeschieden werden oder als Ausgangsmaterial für das Front-End-Verfahren auf separaten Substraten gezüchtet und anschließend übertragen werden.
Gemeinsamkeiten zwischen Nexstrom und CDimension bestehen darin, dass beide behaupten, „direkt auf dem Wafer zu wachsen“. Der Unterschied liegt in den Schwerpunkten ihrer öffentlichen Darstellung: CDimension betont die Temperatursteuerung, während Nexstrom den 300-Millimeter-Durchmesser und die Einkristallqualität hervorhebt. Dr. Li forscht seit 2012 am Wachstum von einkristallinem MoS₂, und die hohe Aufmerksamkeit des Unternehmens für die Gleichmäßigkeit der Qualität entspricht diesem Hintergrund.
Ist das 12-Zoll-Gerät rechtzeitig bereit?
Nach Angaben von TechCrunch erwartet Nexstrom, dass das Gerät zwischen 2030 und 2035 für die Vermarktung bereit sein wird.
In den zwei Jahren nach der Gründung von Nexstrom im Jahr 2024 wurde der Waferdurchmesser von 2 Zoll auf 6 Zoll erweitert, und das Unternehmen plant, die 8-Zoll- und 12-Zoll-Verfahren bis Ende Oktober 2026 abzuschließen. Das Unternehmen erwartet jedoch, zwischen 2030 und 2035 für die kommerzielle Produktion bereit zu sein, was mit dem Zeitplan von imec übereinstimmt, der vorsieht, zweidimensionale Materialien ab dem A7-Knoten (etwa 2030) in peripheren Bauelementen einzuführen. imec erklärte, dass es zweidimensionale Materialien in peripheren Bauelementen (z. B. BEOL und planare Transistoren auf der Rückseite des Wafers) verwenden wird, nicht in den Kanälen modernster Transistoren. Der A7-Knoten-Termin 2030 basiert auf einem Bericht über die Roadmap von 2023 und wurde möglicherweise inzwischen überarbeitet.
Aus dieser Sicht besteht eine Voraussetzung für diese Überschneidung. Die anfänglichen Anwendungsbereiche, die von imec aufgeführt werden (BEOL und Rückseite), sind genau die Bereiche, in denen die Temperatur unter 400 °C liegen muss. Um gewachsene Filme direkt in diese Bereiche einzuführen, müssen die Filme bei niedriger Temperatur gezüchtet oder mit der Transfertechnologie kombiniert werden. Da Nexstrom seine Wachstumstemperatur noch nicht veröffentlicht hat, lässt sich anhand der derzeit verfügbaren Informationen nicht feststellen, ob seine Geräte den Temperaturanforderungen der ersten Anwendungen entsprechen.
Es gibt weitere Faktoren, die den Veröffentlichungszeitpunkt verzögern könnten. Im Oktober 2024 wies Kar von imec darauf hin, dass CFET (eine Struktur aus vertikal gestapelten nFET und pFET) die Miniaturisierung von Siliziumchips um bis zu 20 Jahre verlängern kann. Wenn die Lebensdauer von Siliziumchips verlängert wird, könnte die Nachfrage nach Spitzenknoten mit Kanälen aus zweidimensionalen Materialien entsprechend verschoben werden. O'Brien von Intel erwähnte einst, dass die Konsistenz der Filmqualität eine Voraussetzung für die Massenproduktion ist, aber Drittbewertungsdaten zu diesem Aspekt von Nexstrom sind noch nicht veröffentlicht.
Es gibt drei Faktoren, die in der Reihenfolge ihrer Bedeutung berücksichtigt werden müssen: Kann das Unternehmen nach