TU Delft bouwt chip van de toekomst

Maar er zijn grenzen. Kleiner dan de absolute ondergrens, de afmeting van een siliciumatoom, kunnen we niet gaan. Wetenschappers weten echter dat de minimumafmeting van een siliciumtransistor boven deze fysieke ondergrens ligt. “De huidige schatting is zo’n 70 nanometer” zegt professor C. Dekker van de TU Delft. “Veel kleiner kunnen we met silicium niet gaan.” Daarmee geeft hij meteen het belang aan van moleculaire transistors. Met afmetingen van 1 nanometer (een miljoenste millimeter) zijn ze factoren kleiner dan de huidige siliciumschakelingen. Anders gezegd, moleculaire transistors bieden de mogelijkheid om verder te minimaliseren. Zij zijn de mogelijke opvolgers van het silicium als basismateriaal voor geïntegreerde schakelingen. Dekker vergelijkt het huidige onderzoek naar moleculaire transistors met het onderzoek naar halfgeleiders in de jaren vijftig. “De enorme transistors van toen met hun grote warmteontwikkeling, stonden aan de basis van de miljoenen schakelingen die we nu op een vierkante centimeter kunnen krijgen en op grote schaal worden toegepast.” Om die toepassing gaat het en daarom is de ‘uitvinding’ die Dekker met zijn vakgroep heeft gedaan zo bijzonder. Hij is erin geslaagd een moleculaire transistor te bouwen die bij kamertemperatuur werkt. Miniaturisering Ook bij Dekkers vinding draait het om miniaturisering. Pas bij zeer kleine afmetingen is het mogelijk elektronen zodanig te sturen dat ze stap voor stap een barrière passeren. Die miniaturisering is bereikt door het knikken van een koolstof nanobuis. Dekker legt dit ‘knikken’ uit aan de hand van een limonaderietje. “Als je dat knikt blijft de structuur van het materiaal ongewijzigd terwijl de afmetingen van de holte aanzienlijk kleiner worden.” Het knikken van een koolstof nanobuis leidt tot een zodanige verkleining dat er een ‘eilandje’ van minimale afmeting ontstaat dat tussen twee elektroden ligt. In Delft is men er in geslaagd nog een derde elektrode bij het eilandje te plaatsen, die ‘stuurt’ door middel van statische elektriciteit. Deze elektrode regelt het overspringen van een elektrische lading naar en van het ‘eilandje’. Daarmee is schakelen een feit. Delft komt de eer toe de eerste stuurbare Single Elektron Transistor (SET) te hebben gebouwd die onder normale gebruiksomstandigheden werkt. Dekker richt zich met zijn vakgroep nu op het verbeteren van het ontwerp en het bouwen van moleculaire equivalenten van AND, NAND, OR en NOR-schakelingen. “We willen bewijzen dat deze schakelingen ook met moleculaire technologie werken.” Voor het ontwikkelen van echte chiptoepassingen heeft Dekker niet de juiste expertise. “Dat moeten anderen maar doen, wij richten ons op fundamenteel basisonderzoek.” Die ‘anderen’ zijn bijvoorbeeld IBM en Motorola, die in hun eigen laboratoria met soortgelijke onderzoeken bezig zijn. Of er in 2010 daadwerkelijk moleculaire chips gebouwd zullen worden, betwijfelt Dekker. “Het zal er eens van komen, maar verkijk je niet op de huidige halfgeleidertechnologie waarin tientallen miljarden geïnvesteerd is. Dat is een enorme wals die zich niet zomaar op nieuwe ontwikkelingen stort, maar er alles aan zal doen de investeringen in die ‘oude’ technologie zo lang mogelijk uit te buiten.” De geknikte nanobuis heeft een lengte van 20 nanometer en een doorsnede van 1 nanometer (een miljoenste millimeter). foto: tu delft