'Molybdeniet beter dan grafeen als siliciumvervanger'

De techindustrie zit met een probeem. Jarenlang zijn de prestaties van siliciumchips verbeterd door steeds kleinere techniek op hetzelfde oppervlak te verwerken. Door meer capaciteit op dezelfde ruimte te zetten gaan de prestaties omhoof. Er zit alleen een limiet aan het verkleinen van siliciumverbindingen, en die is in zicht.

Grafeen

Als opvolger van silicium wordt de laatste tijd regelmatig grafeen genoemd. Dat is een vlak van koolstofatomen met de dikte van één atoom dat eruitziet als een bijenraat. Het is één van de sterkste materialen die momenteel bekend zijn. Het is bovendien één van de snelste halfgeleiders die bekend is, ruim honderd keer zo snel als silicium. In 2010 ontvingen de ontdekkers van grafeen zelfs de Nobelprijs voor Natuurkunde.

Dit jaar gaan er chips de markt op met onderdelen die zo klein zijn als 22 nanometer. Als siliciumtechnologie extreem wordt verkleind kunnen er problemen optreden zoals oxidatie, waardoor de prestaties achteruit gaan en er energie kan weglekken, bericht Technology Review.

'Molybdeniet beter geschikt'

Molybdeniet (M0S2) kan elektronica verkleinen zonder de problemen die silicium heeft, zegt Andras Kis, leider van het team dat de aan het Zwitserse Federale Technologieinstituut in Lausanne aan de technologie werkte, tegen Technology Review. Daar werden de eerste geïntegreerde logische schakelingen op basis van molybdeniet ontwikkeld.

De onderzoekers zijn in staat een vel van het materiaal van 0,65 nanometer dik en ongeveer 10 micron breed te maken. De vellen zijn vervolgens verwerkt tot transistors door ze op een silicium wafer te leggen en gouden elektrische connecties te gebruiken. Het linken van transistors is de basis van computerchips.

Volgens de Zwitsers heeft molybdeniet een cruciaal voordeel op grafeen, dat al jaren bekendstaat als de gedoodverfde opvolger van silicium. Er kunnen namelijk veel hogere snelheden mee worden bereikt. Maar volgens Kis is het voordeel van zijn materiaal dat het soms stroom geleidt, en soms niet. Door soms wel en soms geen stroom te geleiden wordt onderscheid gemaakt tussen nullen en enen. Op die manier werkt silicium ook en deze technologie wordt ook wel 'bandgap', of in het Nederlands ook wel 'bandkloof' genoemd.

Silicium blijft voorlopig

Molybdeniet heeft van nature een bandgap die geschikt is voor elektronica, maar bij grafeen ontbreekt die. Het is wel mogelijk om grafeen een bandgap te geven maar dat is een complexe operatie waarbij verschillende lagen van het materiaal over elkaar gelegd moeten worden, het materiaal moet extreem worden gekoeld of het nodig is om het in zeer specifieke vormen te snijden.

Volgens de Zwitsers is het vrij eenvoudig om molybdeniet te maken. In de experimenten is gebruik gemaakt van het natuurlijke materiaal, maar het kan ook makkelijk gemaakt worden door het metaal molybdenum, veelgebruikt in de staalindustrie, te laten reageren met zwavel.

De wetenschappers publiceerden hun bevindingen al ongeveer een jaar geleden in het wetenschappelijke tijdschrift Nature, maar de technologie krijgt wordt langzamerhand door steeds meet mensen opgemerkt, zegt onderzoeker Kis tegen Technology Review. Volgens de onderzoekers kunnen grafeen en molybdeniet elkaar ook prima aanvullen