Transistorontwikkeling

Samenvatting

Een groep Zwitserse natuurkundigen heeft in Nature Nanotechnology melding gemaakt van een nieuwe transistor. Door een atoomdik laagje van molybdeensulfide (MoS2) te bedekken met een tientallen atomen dikke laag hafniumoxide (HfO2), konden ze een veel kleinere en zuinigere transistor maken dan tot dusver mogelijk was.
 

Transistorontwikkeling

Een groep Zwitserse natuurkundigen heeft in Nature Nanotechnology melding gemaakt van een nieuwe transistor. Door een atoomdik laagje van molybdeensulfide (MoS2) te bedekken met een tientallen atomen dikke laag hafniumoxide (HfO2), konden ze een veel kleinere en zuinigere transistor maken dan tot dusver mogelijk was. Deze ontwikkeling is belangrijk, omdat de trend van de afgelopen jaren, waarbij elke twee jaar een dubbel aantal transistors op een zelfde oppervlak passen aan zijn einde is gekomen. De constructie van deze nieuwe transistor lijkt de z.g. wet van Moore te weerspreken.

In een transistor regelt een stuurelectrode, de basis of gate, de stroom tussen twee electrodes.
De snelheid waarmee dat gebeurt hangt af van de afmetingen en van de mobiliteit van de ladingsdragers. Hoe kleiner de transistor, hoe sneller, maar ook hoe meer warmte per oppervlakte eenheid dat kost. Energie dissipatie is dus uiteindelijk de belemmerende faktor.
De mobiliteit van de ladingsdragers hangt af van de gebruikte materialen. Daarin is echter niet zoveel keus. We zijn opgegroeid met germanium en silicium en enkele microgolf enthousiastelingen kennen ook galliumarsenide. Daar hield het dan wel mee op Andere halfgeleider materialen hebben nog geen grootschalige toepassingen gezien.

De Zwitserse onderzoekers gebruiken molybdeensulfide, MoS2, een mineraal dat bekend staat onder de naam molybdeniet, Omdat MoS2 minder gunstige halfgeleider eigenschappen heeft wordt er een uiterst dun laagje van de zeldzame aarde Hafnium op gedampd. Die kombinatie zorgt voor een uiterst dunne, doorzichtige goede snelle transistor. Er wordt daarbij gebruik gemaakt van de hoge dielectrische constante van molybdeensulfide en de sterkte van het materiaal waardoor er zeer dunne plakjes van kunnen worden gemaakt. Hoewel molybdeensulfide veel lagere mobiliteit voor de ladingsdragers heeft, zorgt het dunne laagje hafniumoxide er voor dat de mobiliteit enorm toeneemt. Het energieverbruik van een dergelijke transistor is met een factor 10000 afgenomen.
Hafnium is echter een zeldzaam materiaal. Men zoekt daarom naar andere materialen die het zelfde effect kunnen bereiken.

Molybdeensulfide is niet alleen geschikt om kleine en snelle transistoren van te maken, het is ook nog eens doorzichtig. Dat kan het materiaal interessant maken voor de opto-elektronica, de technologie waarin licht gecombineerd wordt met elektriciteit. Het zou bijvoorbeeld kunnen worden toegepast in LEDs en zonnecellen.
De onderzoekers beweren dat het molybdeensulfide beter geschikt is dan grafeen om als transistor van de toekomst te worden aangemerkt.

(Pieter J.T.Bruinsma, PA0PHB) 

Referenties, informatie:

Nature Single-layer MoS2 transistors
Molibdeensulfide
Hafnium



lll