Persbericht
Rijksuniversiteit Groningen / nummer 134 / 27 oktober 2008
Schaalvergroting en integratie van moleculaire transistors
Een team van wetenschappers uit Nederland, België en Italië presenteert in het novembernummer van Nature Nanotechnology een techniek om meer dan 20.000 moleculaire diodes aan te brengen op één 150-mm siliciumwafer. Dat integratie mogelijk is, wordt aangetoond met de productie van zogeheten strings waarin tot 200 moleculaire diodes in serie geschakeld zijn met een rendement van 100 procent.
Het idee om slechts één molecuul of een klein aantal moleculen te gebruiken om diodes te bouwen, heeft geleid tot een nieuw onderzoeksveld dat moleculaire elektronica wordt genoemd. Een moleculaire diode bestaat gewoonlijk uit twee elektroden met daartussen één molecuul ter grootte van enkele nanometers.
Zelforganisatie
Met moleculaire elektronica kunnen elementen voor elektronische schakelingen worden gemaakt, waarbij de functionaliteit van de schakeling in een laag van slechts één molecuul dik zit. In plaats van fotolithografische of printtechnieken om schakelingen op nanoschaal te etsen of te printen, worden binnen de moleculaire elektronica organische moleculen ontworpen die door zelforganisatie spontaan de juiste structuur aannemen en zelfassemblerende monolagen (SAMs) vormen van slechts enkele nanometers dik. Moleculaire elektronica wordt gezien als een technologische revolutie binnen de elektronica.
Vooruitgang
Individuele moleculaire diodes zijn al eerder vervaardigd en onderzocht, maar de vooruitgang in de moleculaire elektronica werd ernstig belemmerd door de beperkte betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid en vooral door het geringe rendement. Bij het opdampen van de bovenelektrode treedt vaak kortsluiting op. Dit kan voorkomen worden door het aanbrengen van een geleidende barrièrelaag tussen de SAM en de bovenelektrode.
Procestechnologie
Essentieel voor elke toepassing is echter een procestechnologie die de integratie van afzonderlijke moleculaire diodes mogelijk maakt. Dit vereist het aanbrengen van een patroon op de boven- en onderelektroden en een tweede laag die de diodes onderling verbindt. De gelimiteerde mogelijkheden voor fabricage vormen hierbij de beperkende factor; de procestemperatuur mag niet hoger worden dan kamertemperatuur om afbraak van de organische zelfgeassembleerde monolaag te voorkomen.
Integratie
Het onderzoeksteam presenteert nu een fabricageproces voor het gelijktijdig vervaardigen van meer dan 20.000 moleculaire diodes op 150-mm siliciumwafers. De moleculaire diode bestaat uit een gouden onderelektrode, een zelfassemblerende monolaag van alkaanthiolen, een geleidend polymeer en een gouden bovenelektrode. De integratie is aangetoond door de productie van zogeheten 'strings' waarin tot 200 diodes in serie geschakeld zijn. Het team stelt gedetailleerde informatie over de procestechnologie ter beschikking aan andere onderzoeksgroepen zodat deze het experiment kunnen repliceren en de conclusies kunnen verifiëren.
Rijksuniversiteit Groningen