Je leest:

Zelfbouwende transistors

Zelfbouwende transistors

Auteur: | 21 oktober 2008

Een chip die zichzelf bouwt en waar de techneuten verder geen omkijken naar hebben. Het lukte een Europees onderzoeksteam om moleculen te ontwerpen die zichzelf organiseren in één enkele laag op een oppervlak. Door deze laag aan te brengen op siliciumoxide ontstaat een halfgeleider, het belangrijkste onderdeel van een computerchip. Deze ontdekking is de eerste stap naar de zelfbouwende chip.

Sinds de ontdekking van DNA in de jaren vijftig zijn wetenschappers gefascineerd door zelfbouwende moleculen. Een losse verzameling moleculen die zichzelf omtovert tot een complexe structuur zoals een levende cel is één van de topprestaties van de natuur.

Biologen en chemici bootsen deze processen al jaren na, bijvoorbeeld om gemakkelijk nieuwe kunststoffen en medicijnen te maken. Tot voorkort bleef de elektronica-industrie ver achter, maar daarin kwam verandering dankzij onderzoek van onder andere de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) en Philips Research. Zij sleutelden de eerste geslaagde zelfbouwende transistors in elkaar.

Deze oplossing organiseert zichzelf tot een halfgeleider als het op siliciumoxide wordt gegoten. Hiermee worden zelfbouwende transistors werkelijkheid, die de eerste stap zijn naar zelfbouwende computerchips.

Lekker sleutelen

“Het idee is dat we een bekerglas hebben met moleculen die elektrische eigenschappen hebben”, vertelt Edsger Smits, één van de onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen. “Als we dit op een plaatje gieten gaan de moleculen zichzelf hierop organiseren zodat we een soort kristal krijgen van één laag moleculen dik (een monolaag), verdeeld over een oppervlak van duizenden nanometers.” Dat organiseren gaat met ankertjes die aan de moleculen vastzitten. Deze ankertjes haken op de juiste manier in elkaar om de monolaag te vormen.

Smits gaat verder: “Om nu transistors te bouwen moet de structuur die onze moleculen vormen zich hechten aan het oppervlak van de isolator siliciumoxide. Zo krijgt de isolator halfgeleidende eigenschappen en heb je een elektrisch circuit.” Dit soort siliciumoppervlakken met een halfgeleidende laag zijn de basis voor diodes en transistors, die op hun beurt weer de basis zijn voor al onze computerchips. “Het voordeel van deze techniek is dat je een monolaagje krijgt. Normaal gesproken moet je een dikke laag halfgeleidend materiaal op het silicium aanbrengen, hiermee hoeft dat niet.”

Dit is het bouwproces van de transistor. Het molecuul organiseert zichzelf op het oppervlak van de isolator, zodat er een transistor ontstaat. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Het is niet de eerste keer dat onderzoekers een zelfbouwend elektrisch circuit hebben geprobeerd te maken. Dit is echter de eerste werkende versie. Smits vertelt dat in de vorige experimenten de moleculen niet homogeen over het oppervlak verdeeld waren. "Er was geen monolaag gevormd maar losse eilandjes van een paar honderd nanometer. De eilanden waren onderling niet verbonden en dus liep er geen stroom. "

De reden dat het deze groep wel lukte is vooral de grootte van het team. “In Rusland zaten chemische syntheten die de moleculen op maat maakten. In Eindhoven en bij de RUG bouwden en optimaliseerden we de transistors. De groep in Oostenrijk was gespecialiseerd in het uitzoeken hoe de monolaag er precies uit zag.” Al met al was het dus vooral lekker sleutelen aan het molecuul.

Gevaarlijke gassen

De zelfbouwende circuits zijn volgens Smits, naast materiaalbesparing, vooral een grappige manier om elektronica in elkaar te zetten. “Ook proberen we een hele chip te maken die zichzelf in elkaar zet, maar dat is wel een Heilige Graal van dit type onderzoek. De zelfbouwende chip is nog heel ver weg, maar dit is een stap in de goede richting.”

Een directe toepassing van deze moleculen zit onder meer in sensoren, of beter gezegd het meten van biomarkers. Als ze vermoeden dat er gevaarlijke gassen in de lucht rondzweven kunnen de onderzoekers het molecuul van de monolaag voorzien van een grijpertje, dat specifiek bind aan de biomarker. Zo gauw er een reactie plaats vindt vertaalt zich dat in een verandering van de elektrische geleiding. Deze verandering is af te lezen, zodat je op tijd weet dat er een gas in de lucht zit.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 oktober 2008

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.