Je leest:

Molybdeniet mengt zich in microchipgevecht

Molybdeniet mengt zich in microchipgevecht

Auteur: | 9 december 2011

Silicium is alleenheerser in computerchips, maar krijgt wellicht concurrentie uit onverwachte hoek. Zwitserse onderzoekers hebben voor het eerst een werkende microchip gebouwd van molybdeniet. Dit materiaal belooft computerchips die kleiner en zuiniger zijn dan de siliciumchip.

Molybdeniet is een mineraal dat in de natuur voorkomt. Het wordt voornamelijk in smeermiddelen gebruikt.

Nobelprijswinnaars Andre Geim en Konstantin Novoselov danken hun internationale faam – en Nobelprijs – aan de ontdekking van het ‘wondermateriaal’ grafeen in 2005. Veel minder bekend is dat ze in dat jaar ook van een ander materiaal hele dunne vlokjes lospeuterden, met dezelfde ‘plakbandmethode’ als waarmee ze aan grafeen kwamen. Alleen werd dit materiaal – met de veel minder spannende naam molybdeniet (MoS2) – lang niet zo interessant gevonden als grafeen.

Dunne halfgeleider

Totdat Andras Kis en zijn Zwitserse collega’s van het École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) besloten het molybdeniet toch eens onder de loep te nemen. Ze ontdekten dat molybdeniet eigenlijk een ideaal materiaal is voor computerchips. Ze bouwden een eerste, losse transistor van molybdeniet, die ze begin dit jaar presenteerden in het tijdschrift Nature Nanotechnology.

Wat maakte molybdeniet in hun ogen zo bijzonder? Het bleek dat molybdeniet als halfgeleider zeer dun gemaakt kon worden, tot enkele atomen dik. Silicium heeft een minimale dikte nodig om zijn geleidende eigenschappen te laten houden; als het dunner is dan twee nanometer gaat het reageren met zuurstof. De limiet van silicium komt in zicht. Maar met molybdeniet zijn in theorie nog drie keer kleinere chips mogelijk dan met silicium. Bovendien zouden molybdeniet-chips energiezuiniger zijn omdat de schakelingen makkelijker aan- en uitgezet kunnen worden.

Schematisch een microchip met molybdeniet. Het dunne laagje van atomen stelt het molybdeniet voor.
EPFL Lanes

Microchip van molybdeniet

Gemotiveerd door dit inzicht is het team van Kis doorgegaan met molybdeniet. Inmiddels is het ze gelukt om meerdere transistoren aan elkaar te koppelen, zo publiceerden ze onlangs in het tijdschrift ACS Nano. Daarmee hebben ze voor het eerst een – zij het zeer eenvoudige – microchip gebouwd van molybdeniet. Ze hebben twee tot zes transistoren achter elkaar gezet, waarmee enkele simpele operaties uitgevoerd konden worden. Volgens Kis toont dit prototype aan dat grotere schakelingen mogelijk zijn.

Ook al zijn de verwachtingen van Kis en zijn groep hooggespannen, onduidelijk is hoe groot de kans is dat molybdeniet uit kan groeien tot een geduchte concurrent van silicium. Als het gaat om elektronische eigenschappen doet molybdeniet niet onder voor silicium, en het al eerder genoemde perspectief op kleinere en zuinigere chips pleit in zijn voordeel. Daar staat tegenover dat molybdeniet in zijn pure – voor transistor geschikte – vorm nog slechts in kleine vlokjes gemaakt kan worden. Verder is de stap naar een microchip met de aantallen transistoren van de huidige siliciumchips nog erg groot.

Wondermateriaal grafeen wacht een veelbelovende toekomst. Maar in computerchips krijgt grafeen zeker concurrentie van molybdeniet.

Grafeen

Molybdeniet zal tevens af moeten rekenen met grafeen, een andere kandidaat om silicium op te volgen. Grafeen heeft dezelfde dunne structuur als molybdeniet – een ‘tweedimensionaal materiaal’ noemen ze dat in de natuurkunde. Maar volgens Kis is het grote nadeel van grafeen dat het – in tegenstelling tot molybdeniet – geen ‘band gap’ heeft. De band gap is simpel gezegd de energie die nodig is om elektronen te laten bewegen (en dus geleiden) in het materiaal.

De band gap geeft je controle over de beweging van elektronen. Het is daarom essentieel voor de werking van een chip. In grafeen zijn de elektronen door afwezigheid van een band gap moeilijk te beteugelen. Alhoewel wetenschappers wel kunstmatig een band gap proberen te maken in grafeen, door bijvoorbeeld dunne ribbels in het oppervlak aan te leggen. Volgens Kis is al die moeite niet nodig als je een materiaal als molybdeniet voor het grijpen heeft. Nu is het voor hem zaak dat andere wetenschappers dat ook inzien en zich bij hem aansluiten. Kis hoopt binnen twintig jaar de molybdeniet-chip over de toonbank te zien gaan.

Bronnen:

  • B. Radisavljevic e.a., Integrated Circuits and Logic Operations Based on Single-Layer MoS2, ACS Nano (10 november 2011) DOI:10.1021/nn203715c

Lees meer over computerchips en transistors op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/chip/computerchip/transistor/index.atom?m=of", “max”=>"4", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 december 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.