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

Vliegtuigjes kunnen nu helemaal autonoom landen

Vliegtuigjes kunnen nu helemaal autonoom landen

Onderzoekers van de TU in München hebben een systeem ontwikkeld dat vliegtuigen autonoom kan…

Volkswagen ID.R breekt twintig jaar oud record in Goodwood

Volkswagen ID.R breekt twintig jaar oud record in Goodwood

Voor wie op vakantie was: begin deze zomer heeft Volkswagen een unieke prestatie neergezet. Het…

Voor je tv springen en duiken als Spiderman

Voor je tv springen en duiken als Spiderman

Hoe denk je dat Spiderman vliegt? Juist, in een tuigje! En een kopie daarvan wordt nu op Kickstarter…

Op weg naar een alomvattende materialendatabase

Op weg naar een alomvattende materialendatabase

Is het mogelijk om de manier waarop licht van zijde weerkaatst digitaal na te bootsen? De…

Geluid ontwerpen met simulaties

Geluid ontwerpen met simulaties

Hoe gebruik je simulaties bij het ontwerpen van geluid? Samsung publiceerde onlangs onderstaande…

Meer videos »

Laatste nieuws

Eíndelijk in evenwicht met je robotstaart

Eíndelijk in evenwicht, dankzij robotstaart (video)

Altijd al last gehad van evenwichtsproblemen? Dan kun je nu een robotstaart aangespen die helpt om je in balans te houden. Misschien ook handig voor werken op hoogte en onder rare hoeken. Zoals in de industrie.

Plastics2Fuel: schone diesel uit Noordzee-zwerfplastic

Plastics2Fuel: schone diesel uit Noordzee-plastic (video)

In Amsterdam wordt momenteel een fabriek gebouwd die dagelijks 96 ton afvalplastic gaat omzetten in transportbrandstof. Op jaarbasis levert dat ongeveer 35 miljoen liter brandstof op.

 Drones leveren auto-onderdelen aan Seat-fabriek (video)

Drones leveren auto-onderdelen aan Seat-fabriek (video)

Seat gaat drones inzetten om de flexibiliteit van haar productielijn te verbeteren. De drones zullen auto-onderdelen vervoeren tussen het logistieke centrum en de Seat-fabriek twee kilometer verderop.

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

22 augustus 2019, vianen

Praktijkdag Performance Level (PL) ISO 13849-1

Na de theoriedag PL/SIL of module 4: Ontwerpen besturingstechnische veiligheidsmaatregelen van de...

23 augustus 2019

Praat mee over een toekomstbestendige machinerichtlijn

Nederland levert een bijdrage aan een impact-assessment betreffende de nieuwe Europese Machinerichtlijn...

2 september 2019, D&F kantoor Breda

Performance Level en Sistema 2.0

Meer agendapunten »