211service.com
Atom-dik silicium maakt waanzinnig snelle transistoren
Een exotische maar lastig te gebruiken nieuwe vorm van silicium wordt bekeken als een manier om veel snellere computerchips te bouwen. En nu kunnen degenen die het potentieel ervan zien, een kleine overwinning claimen door de eerste transistors van het spul te maken.
Een scanning tunneling microscoopbeeld van siliceen.
Het materiaal in kwestie, siliceen genaamd, wordt geleverd in lagen silicium van slechts één atoom dik. Deze structuur geeft het materiaal fantastische elektrische eigenschappen, maar het betekent ook dat het duivels lastig is om te produceren en mee te werken. Zelfs het testen van de basiseigenschappen in het laboratorium is moeilijk gebleken.
nutsvoorzieningen Deji Akinwande , een computeringenieur aan de Universiteit van Texas in Austin, heeft ontdekt hoe hij goed genoeg met het hardnekkige materiaal kan werken om de eerste siliceentransistors te maken. Zijn eerste-van-hun-soort apparaten worden vandaag beschreven in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , en ze maken de belofte van siliceen waar door met buitengewone snelheid te schakelen.
Een ander atoomdik materiaal, grafeen, dat wordt gemaakt van koolstof, heeft de afgelopen jaren aandacht gekregen vanwege zijn eigen elektrische eigenschappen. De aantrekkingskracht van siliceen, zegt Akinwande, is dat het is gemaakt van het materiaal waarop Silicon Valley is gebouwd. In theorie zou het voor chipmakers gemakkelijker moeten zijn om mee te werken dan met nieuw materiaal. Als we er goede eigenschappen uit kunnen halen, kan het direct vertaald worden door de halfgeleiderindustrie, zegt Akinwande.
In 2007, Lok Lew Yan Voon , een natuurkundige aan het Citadel Military College van South Carolina, die een deel van het eerste theoretische werk over siliceen publiceerde, berekende dat de elektrische eigenschappen van het materiaal vergelijkbaar zouden moeten zijn met die van grafeen. In theorie kunnen elektronen door zowel grafeen als siliceen reizen zonder zoveel obstakels tegen te komen, wat zeer snelle circuits mogelijk maakt.
In tegenstelling tot grafeen komt siliceen echter niet van nature voor. Het moet in het laboratorium op een vel zilver worden gekweekt. Koolstof is ook stabieler in zijn tweedimensionale vorm, terwijl siliciumatomen in deze vorm onder spanning staan. Tot nu toe is het slechts een handvol groepen gelukt om in het lab siliceen te maken. Eén groep, in Frankrijk, kweekte in 2010 een lint op nanoschaal van het spul. Een paar anderen slaagden erin het materiaal in 2012 te fabriceren.
Als siliceen eenmaal is gemaakt, betekent zijn instabiliteit dat het moet worden beschermd, en dat maakt het moeilijk om mee te werken. Akinwande vond een manier om dit probleem te omzeilen door siliceen te laten groeien op een dunne film van zilver bedekt met aluminiumoxide. Het geheel wordt vervolgens afgepeld en vervolgens op een siliciumdioxidewafel geplaatst met de zilveren kant naar boven. Ten slotte is het zilver van een patroon voorzien om de elektrische contacten voor een transistor te maken. Als het apparaat eenmaal klaar is, is het stabiel onder vacuümomstandigheden.
Dat blijkt commercieel misschien niet praktisch, maar het is een belangrijke eerste demonstratie, zegt Lok. De prestaties van de transistors komen ook overeen met theoretische voorspellingen over de snelle snelweg van siliceen voor elektronen. Ze zijn erin geslaagd te doen wat veel mensen hebben geprobeerd te doen, zegt hij.
Deze demonstratie is vooral belangrijk omdat er scepsis is geweest over het potentieel van siliceen, zegt Patrick Vogt , een onderzoeker aan de Technische Universität Berlin en een van een handvol onderzoekers die erin zijn geslaagd het materiaal te laten groeien. Vogt werkt momenteel aan nieuwe methoden om het te maken.
Fengnian Xia, een elektrotechnisch ingenieur aan de Yale University die elektronica ontwikkelt op basis van grafeen, fosforeen en andere tweedimensionale materialen, kan tot de sceptici worden gerekend. Hij zegt dat de transistorresultaten die door de Texas-groep zijn gerapporteerd er goed uitzien en een grote wetenschappelijke vooruitgang vertegenwoordigen. Maar wat betreft het commerciële potentieel van siliceen, zegt Xia dat hij er niet van overtuigd is dat het gemakkelijker te commercialiseren zou zijn dan grafeen, of dat het alles kan wat grafeen niet kan.
Vogt zegt dat siliceen waarschijnlijk niet volledig silicium zal vervangen, maar het zou nieuwe functionaliteit kunnen toevoegen aan de huidige chips. Dit laat zien dat je echt iets kunt doen met siliceen, zegt hij.