Elektronen lijken zwaarder in extreem dun silicium
30 maart 2011
Al decennialang maken we transistoren steeds kleiner. Uit onderzoek van
Jan-Laurens van der Steen van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie
van de Universiteit Twente, blijkt nu dat elektronen in silicium van
minder dan tien nanometer dik heel andere eigenschappen krijgen. Om de
eigenschappen op deze schaal inzichtelijk te maken werkte hij aan een
nauwkeurig model dat van groot belang is voor de
micro-elektronica-industrie. Van der Steen promoveert op 1 april aan de
faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica op zijn onderzoek.
Wat de promotie extra bijzonder maakt is dat Van der Steen niet alleen
aan de Universiteit Twente promoveert, maar ook aan de Universiteit van
Udine in Italië.
De wet van Moore stelt dat het aantal transistoren op een chip elke
achttien maanden verdubbelt. Om dit mogelijk te maken, moeten de
transistoren steeds kleiner en kleiner worden. Jan-Laurens van der
Steen onderzocht aan de Universiteit Twente wat er gebeurt als je
siliciumkristallen in een transistor dunner maakt dan tien nanometer,
een schaalniveau dat de industrie binnenkort zal bereiken.
Zwaardere elektronen
Uit het onderzoek van Van der Steen komt naar voren dat de
eigenschappen van het materiaal dan drastisch veranderen, een
verschijnsel dat je vaker tegenkomt in de nanotechnologie. Bij silicium
van deze dikte blijkt het opeens meer moeite te kosten om de vrije
elektronen te verplaatsen. Het lijkt wel of de elektronen zwaarder
worden. Verder kwam uit het onderzoek dat de weglengte van de
elektronen - de afstand die ze afleggen voordat ze ergens tegenaan
botsen - in kortere stukjes silicium korter is dan altijd werd
aangenomen.
Model
Wil je gebruik kunnen maken van deze eigenschappen, is het van groot
belang om te kunnen voorspellen hoe nanometrische transistoren stroom
geleiden. Van der Steen heeft daarom een model ontwikkeld dat
nauwkeurig de eigenschappen op zowel de grote, als de kleine schaal
verklaart. Het model is een zogeheten Enkelvoudig Verstrooiingsmodel en
is van belang voor de ontwikkeling van de 11-nanometer CMOS generatie
en de daarop volgende generaties.
Universiteit Twente