Dichter op elkaar dan ooit

Het beroep fijnschrijver heeft een nieuwe dimensie gekregen. De Delftse onderzoeker Vadim Sidorkin heeft met zijn promotie-onderzoek laten zien wat fijnschrijven pas écht inhoudt. Op een plaatje silicium schreef hij kleine patroontjes van puntjes en streepjes van slechts zes nanometer klein. Belangrijker nog, die krabbeltjes stonden maar veertien nanometer uit elkaar. Zo dicht op elkaar was nooit eerder iemand gelukt.

Natuurlijk heeft het niet zoveel zin brieven te schrijven in letters van dit formaat. Het echte nut van dit ‘fijnschrijven’ vind je in computerchips. Een chip bevat een computergeheugen dat bestaat uit bits, de eenheid van informatie op een chip. De laatste jaren is het aantal bits op een chip explosief gegroeid, vanwege de behoefte aan steeds meer geheugenopslag, bijvoorbeeld door de nieuwe generatie mobiele telefoons.

Lithografie

Om steeds meer bits op hetzelfde formaat chip te persen, moeten de afzonderlijke bits alsmaar kleiner worden. Een bit maken komt neer op het schrijven van een structuur op een laagje halfgeleidermateriaal, zoals silicium. De laatste jaren zijn deze structuren al geslonken tot enkele nanometers klein. Maar ook de afstand tússen de structuurtjes is belangrijk. Immers, een kleinere afstand resulteert in een hogere dichtheid van bits op een chip. Sidorkin heeft precies van datgene de lat weer een stukje hoger gelegd, naar veertien nanometer.

Het bewijs: puntjes van zes nanometer klein met een afstand van veertien nanometer. De afbeelding is gemaakt met een elektronenmicroscoop.

Vadim Sidorkin

Nu heeft de Russische onderzoeker zelf geen hapklare computerchips gefabriceerd. Hij heeft enkel een aantal manieren vergeleken om patroontjes te schrijven op een plaatje silicium. De elektronica-industrie gebruikt meestal een lichtbundel om dat te doen, maar Sidorkin heeft naar alternatieven als elektronen- en ionenbundels gekeken. Het etsen van structuren met zo’n bundel energie heet lithografie.

Een heliumionbundel bleek het nauwkeurigst, hiermee behaalde hij ook zijn ‘fijnschrijfrecord’. Het lijkt in eerste instantie vreemd dat heliumionen, ondanks dat ze groter en zwaarder zijn, veel nauwkeuriger schrijven dan elektronen. Volgens Sidorkins begeleider Emile van der Drift komt dit doordat heliumionen alleen een reactie in verticale richting op het oppervlak veroorzaken. “Elektronen schieten allerlei kanten op”, legt hij uit. “Daardoor belichten ze ook ongewenst delen van het omringende materiaal.” Sidorkin gebruikte voor een extra hoog contrast een speciale lak, ontwikkeld door de TU.

Vadim Sidorkin schreef de titel van zijn proefschrift met de heliumionenbundel.

Vadim Sidorkin

Tien jaar

Het fijnschrijfrecord dat Sidorkin realiseerde, zou de dataopslag van nieuwe mobiele telefoons behoorlijk kunnen verhogen, blijkt als je de resolutie en dichtheid vertaalt naar bits. De huidige standaard ligt op 500 Gigabit per vierkante inch van een chip, maar Sidorkin kan in theorie tot drie Terabit per vierkante inch komen. Dat is ongeveer zes keer zoveel.

Maar de techniek moet daartoe eerst geperfectioneerd worden. “Een zwak punt van onze methode is de helderheid, die is nu nog te laag”, zegt Van der Drift, “daarmee is de techniek nog te langzaam om te concurreren.” Hij denkt dat het gebruik in toepassingen nog ongeveer tien jaar op zich zal laten wachten. Maar dan blijft het misschien niet alleen bij nieuwe mobiele telefoons. “Ook bij telecommunicatie zijn zeer nauwkeurige structuren belangrijk, daarmee gaan we nu actief aan de slag”, aldus Van der Drift.