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

Radar inzetten als zonebewaking

Radar inzetten als zonebewaking

Pilz: "Ons robuuste radarsysteem is gemakkelijk inzetbaar als zonebewaking. Denk hierbij aan de…

Elektrische tatoeages van geprinte elektronica

Elektrische tatoeages van geprinte elektronica

Elektrotechnici van de Duke University hebben een volledig print-in-place techniek voor elektronica…

Vvormverandering van laken tot gezicht, of antenne

Vormverandering van laken tot gezicht, of antenne

Wat is er nodig om een laken te de vorm van een menselijk gezicht te geven? Hoe moet het groeien en…

Muziek maken van eiwitten

Muziek van eiwitten

Zoals componisten noten van verschillende toonhoogte en duur aaneen rijgen om muziek te maken,…

Koning Willem-Alexander opent (met enige moeite) Brainport Industries Campus

Koning Willem-Alexander opent (met enige moeite) Brainport Industries Campus

Zijne Majesteit Koning Willem-Alexander heeft begin deze maand de officiële opening verricht…

Meer videos »

Laatste nieuws

‘Robotisering levert banen op’

Meer robots -> meer banen

In 2018 gebruikte 7% van de bedrijven robots. Vooral bedrijven in de industrie en researchinstellingen maakten gebruik van bijvoorbeeld lasrobots of zelfsturende voertuigen in magazijnen. Ook andere relatief nieuwe ICT…

Goud voor auto die zelf de zon opzoekt

Goud voor auto die zelf de zon opzoekt

Solar Team Eindhoven, het team van de TU Eindhoven, heeft voor de vierde keer op rij de hoofdprijs gepakt in de Cruiser Class van de Bridgestone World Solar Challenge. Het team legde de ruim drieduizend kilometer lange…

Cryptografie zonder geheime sleutels

Cryptografie zonder geheime sleutels

Veel beveiligingsmethoden, zoals toegangscontrole of digitale ondertekening, gaan uit van een sleutel die geheim moet blijven. Dat is meteen ook het zwakke punt: wie garandeert dat die sleutel niet toch in verkeerde…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
Veilig heksysteem PSENmlock

Het heksysteem PSENmlock biedt een veilige vergrendeling en veilige sluiting in slechts één product. De PSENmlock...

Agenda

19 oktober 2019, Eindhoven

Dutch Design Week

Ontwerpers presenteren hun werk op 100 locaties in Eindhoven

21 oktober 2019, D&F kantoor Breda

Software volgens SIL en PL

Meer agendapunten »