EO

Grafeen krijgt concurrent: molybdeniet

31 januari 2012 om 15:45 uur

Atoomdikke vellen molybdeniet aan het einde van de gouden geleiders werken als transistoren. (foto: EPFL)

Zwitserse onderzoekers experimenteren met een nieuw materiaal dat voor het verkleinen van geïntegreerde schakelingen mogelijk nog geschikter is dan grafeen. Zij bouwden met succes logicaschakelingen met atoomdikke vellen molybdeniet. Het materiaal zou een serieuze concurrent zijn voor grafeen, een eveneens atoomdik materiaal dat de tekortkomingen van silicium kan ondervangen.

 

Het is belangrijk om te zoeken naar alternatieven voor de siliciumtechnologie. Het was jarenlang mogelijk om de prestaties van chips te verbeteren door de componenten op de chip steeds verder te verkleinen, maar die miniaturisatie begint nu tegen grenzen aan te lopen. Dit jaar zijn er chips op de markt met structuren van 22 nanometer en op dergelijke kleine schaal krijgt de siliciumtechnologie te kampen met problemen als oxidatie en, ten gevolge daarvan,  energieverlies.

 

Met molybdeniet, of MoS2 kan elektronica worden verkleind zonder dat zulke problemen optreden, zegt professor  Andras Kis, leider van een onderzoeksteam op het Zwitserse Federale Technologie-instituut EPFL in Lausanne. Zij werken aan de vervaardiging van geïntegreerde logicaschakelingen met vellen molybdeniet. Deze vellen zijn 0,65 nanometer dik en ongeveer 10 meter breed. Ze zijn ‘afgepulkt' van kristallen natuurlijk voorkomend molybdeniet. Van de vellen zijn transistoren gemaakt door ze op een silicium wafer aan te brengen en gouden elektrische verbindingen  aan te brengen.

 

Plakband

Bij het verkrijgen van de molybdenietlaag werd op dezelfde manier gewerkt als bij het maken van grafeen: de EPFL-onderzoekers gebruikten plakband om een nanolaag van een stuk molybdeniet af te pellen. Het voordeel is dat de elektronenmobiliteit in een laag MoS2 van 0,65 nm dikte gelijk is aan die van een monolaag silicium van 2 nm dik: namelijk 200 cm2/Vs. "In het laboratorium haalden we zelfs 800 cm2/Vs", aldus professor Kis. Op dit punt verliest molybdeniet de concurrentie met grafeen nog: een grafeenlaag kan 0,35 nm  dik zijn.

 

Onderzoekers die speuren  naar alternatieven voor silicium gebruiken al jaren grafeen. Er zijn al prototype-transistoren mee gemaakt die op een veel hogere snelheid kunnen werken dan silicium transistoren. "Maar molybdeniet heeft een cruciaal voordeel", zegt Kis. "Het mooie van dit materiaal is dat het soms stroom kan geleiden en soms niet." Om silicium in elektronica te vervangen is een materiaal nodig dat zowel geleidend als niet-geleidend kan zijn, om logische enen en nullen te kunnen maken. Dat wordt mogelijk door een elektrische eigenschap die ‘bandgap'  of bandkloof wordt genoemd. Molybdeniet heeft van nature een bandkloof die geschikt is voor gebruik in elektronica en grafeen heeft dat niet. Om grafeen de geschikte bandkloof te geven zijn complexe technieken nodig, zoals het stapelen van lagen, koelen tot lage temperatuur of uitsnijden in zeer precieze vormen.  

 

"Iedereen had het maar over grafeen, grafeen, grafeen,"zegt Kis, "dus wij wilden eens naar iets anders kijken." Hoewel het team gebruik maakte van natuurlijk molybdeniet, maar het kan ook eenvoudig worden gemaakt door het metaal molybdeen, dat veel wordt gebruikt in de staalindustrie, te laten reageren met zwavel.

 

Mix & Match

James Hone bestudeert op de Columbia University zowel grafeen als molybdeniet. Hij zegt dat het Zwitserse team goed werk heeft verricht bij het vinden van een manier om elektronen vanuit de gouden elektrodes vrij in het molybdentiet te laten stromen. De twee materialen maken van nature geen goed contact. Home: "We beginnen in te zien dat het pas echt leuk wordt als we beide 2D-materialen gaan ‘mixen en matchen' op verschillende substraten voor verschillende functionaliteit. Het  gebruik van molybdeniet is al een tijd geleden beschreven, maar nu raken steeds meer mensen geïnteresseerd; de ontwikkelingen gaan zo snel".  

 

Video's

Twee mega-bliksemschichten verbreken wereldrecords

Twee mega-bliksemschichten verbreken wereldrecords

De in Genève gevestigde Wereld Meteorologische Organisatie (WMO) heeft twee ‘megaflash…

Slimme bezorg-drones pakken de bus (video)

Een slimme bezorg-drone pakt de bus (video)

Het vervoer van pakketjes door de lucht kan helpen om het aantal verkeersopstoppingen in…

Een robot die groeit als een plant

Een robot die groeit als een plant

De ingenieurs van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een robot ontwikkeld die…

MX3D 3D-print robotarm naar digital twin

MX3D 3D-print robotarm naar digital twin

MX3D en Altair hebben samen een industriële robotarm ontworpen en 3D-geprint voor een ABB-robot…

Deense robot neemt speekselmonsters af

Deense robot neemt speekselmonsters af

Aan de Deense universiteit SDU is een robot ontwikkeld die speekselmonsters kan afnemen bij potenti…

Meer videos »

Laatste nieuws

Doorrijden tijdens wegwerkzaamheden dankzij composieten hulpbrug

Doorrijden tijdens wegwerkzaamheden dankzij composieten hulpbrug

Samen met FiberCore Europe, Civiele Technieken deBoer en Rijkswaterstaat heeft aannemingsbedrijf KWS een slimme, tijdelijke brug ontwikkeld die op de rijbaan wordt geplaatst bij wegwerkzaamheden. Het verkeer rijdt over…

Reichelt: ‘Nederlandse bedrijven zien 3D-printen als oplossing in coronatijd’

Reichelt: ‘Nederlandse bedrijven zien 3D-printen als oplossing in coronatijd’

3D-printen voor industriële productie komt steeds meer in de schijnwerpers te staan. Door de technologie te combineren met geautomatiseerde processen, is in theorie veel tijd en geld te besparen. Reichelt elektronik…

FME: 'Innovatie kan zorgen voor forse CO2-reductie' (video)

FME: 'Innovatie kan zorgen voor forse CO2-reductie' (video)

Een studie van de consultants Royal HaskoningDHV en PDC toont aan dat de Nederlandse industrie met de toepassing van innovatieve, energiebesparende, technieken de komende vijf jaar tenminste 3 Mton CO2-uitstoot kan…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
Nieuwe kleine transponderschakelaar CTM

De nieuwe CTM is heel klein en is geschikt voor elke radius vanaf slechts 15cm. Toch is het een volwaardige PL e - Cat....

Agenda

14 juli 2020, online

Hannover Messe Digital Days

Een digitaal overzicht van actuele ontwikkelingen op het gebied van industrie, energie en logistiek en...

11 augustus 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

11, 12 , 18, 19 augustus 2020

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

Meer agendapunten »