Japan ontwikkelt chips op basis van diamant

Op InfoWorld meldt men dat de Japanse regering in 2003 een project zal gaan starten voor de ontwikkeling van halfgeleiders die zijn gebaseerd op diamant. In samenwerking met Japanse fabrikanten zal dit project binnen enkele jaren moeten leiden tot een halfgeleider die hogere temperaturen en hogere voltages aankan dan de traditionele siliciumhalfgeleider. Als deze eigenschappen worden vertaald naar de praktijk betekent dit dat de chips in de toekomst hogere frequenties aankunnen of toegepast kunnen worden in zeer warme omgevingen. Ondanks alle mooie eigenschappen en toepassingsmogelijkheden verwachten de kenners echter niet dat de siliciumchip snel uit het beeld zal verdwijnen:

Although artificial diamond for chips has been developed, it is still much more expensive than silicon. A four-millimeter-square diamond substrate costs several hundreds of dollars compared to virtually nothing for silicon, he said. Another problem is that electricity cannot travel smoothly through diamond. Thus, engineers are seeking impurities which can be added to aid electricity flow.

Reacties (47)

[Biazz]

Diamand is natuurlijk niet spotgoedkoop. Ook industriele niet, wat men echter wel eens wil vergeten is dat een silicium een-kristal waar je 300mm wafers van kunt zagen ook rete duur is. Dit terwijl het Silicium oxide in je zandbak juist weer erg goedkoop is. Wat grondstoffen voor chips duurmaakt zijn vooral de eisen aan de kwaliteit, en niet het materiaal zelf.

Om maar meteen een tweede misverstand de deur uit te helpen: Industriele diamand is niet slechter dan natuurlijke, het is juist veel beter (als in zuiverder). Zo'n zuiverheid is in de natuur niet makkelijk te vinden, vaak zijn natuurlijke diamanten verontreinigd (ook wel gedoped genoemd voor halfgeleiders), wat ze een leuke blauwe, groene of rode kleur geeft. Voor een chip is dat niet altijd wat je wilt, omdat het de electrische eigenschappen van de halfgeleider veranderd. Daarom zal men dus zeker industriele diamant gaan gebruiken voor chip productie.

[Verwijderd]

He He eindelijk eimand die weet waar we het over hebben.

Ik weet heel veel van diamant (voor een tweaker) en kan bevestigen dat voor dit soort toepassingen natuurlijke diamant absoluut onbruikbaar is. Als je gaat kijken hoe zuiver silicium moet zijn dan schrik je je een hoedje. 99,9999999 % zuiver. een natuurlijke diamant is misschien 99% zuiver 100.000 Keer te weinig dus. (getallen zijn slecht indicatie)

Ja en dat spul is nog duur ook. Industriële diamant is op dit moment nog heel erg duur, In Nederland (vergeten waar) staat en een dergelijke machine die diamant maken kan. Als je kijkt hoe veel druk en nodig is om wat miezerig diamant gruis te maken zou je er van op kijken.

Echter alle wat met de PC te maken krijgt word vanzelf goedkoop. ik weet niet precies hoe dat zit maar het is wel zo. Zodra er chips van diamant gemaakt zullen worden zal de prijs van industriële diamant als een baksteen zakken dat weet ik zeker. (moeten ze het natuurlijk niet voor geheugen gaan gebruiken want dan blijft het weer duur )

Bijna vergeten... weet je hoe ze een echte diamant van een nep (industriële) diamant kunnen onderscheiden? De nep diamant is 100% zuiver en de echte niet.

Dat laatste is echter ook niet helemaal meer waar om dat ze nu met opzet verontreinigingen in de nep diamant stoppen om dit verschil te omzeilen. Op dit gebeid is ook Japan weer een koploper. Als ik me niet vergis is het japan die als eerste een robijn (Rood) heeft na gemaakt die niet van echt te onderscheiden was

[MM]

ehh heel leuk, maar diamant is geen halfgeleider hoor

[Biazz]

tja.. je hebt geen gelijk, maar ook niet echt ongelijk.

De definitie van halfgeleider is vaag. Kijk je op http://scienceworld.wolfram.com/physics/Semiconductor.html dan zie dat er een gap moet zijn tussen de geleidings en de valentie band. De zogenaamde `band-gap`. Nu heeft diamand ook een bandgap (en eigenlijk alle materialen) van 5.5V voor zuiver diamand (zie http://www.kmitl.ac.th/~ktwisut/naris_ab.htm) dus ongeveer 4x zo groot als voor ongedoped Si. Iets is geen halfgeleider meer maar een isolator als die bandgap te groot wordt. Maar je voelt 'm al, te groot is een vage term. Voor praktisch gebruik is diamand dus een extrinsieke halfgeleider (dwz. je moet m dopen voor je er echt iets aan hebt). Het voordeel van de grote bandgap van diamand is wel dat je naar hoge temperaturen kan. Voor Si met z'n kleine gap kan de thermische excitatie van de ladingsdragers genoeg zijn om de gap te overbruggen, je hafgeleider wordt dan een geleider en dat is niet wat je wil voor chips.

sorry voor de natuurkunde les, maar als je de hele dag achter halfgeleider producten zit is 't misschien ook wel leuk er iets meer over te weten te komen

edit.. ff URL aangepast.. ging iets mis met de ~, hopelijk doet ie t nu wel

[jiriw]

Diamant is wel degelijk een halfgeleider ... kijk dat periodiek systeem in je BINAS 'dr nog maar eens op door. Het valt precies tussen de halogeniden(chloor, fosfor, broom) en de metalen(aluminium, gallium, en alles wat er "links" van zit in het PSvE) Bij het vormen van moleculen kan het bij het vormen van electronenparen met andere atomen namelijk makkelijk electronen afstaan en opnemen. Ook kan koolstof (waar diamant een vorm van is) slecht maar wel een beetje electriciteit geleiden (vandaar ook de naam halfgeleider) kijk maar naar de "koolstoflampen" met grafietstaven met een vlamboog ertussen die men vroeger had. Dit in tegenstelling tot metalen die heel makkelijk en met weinig weerstand electriciteit geleiden en de halogeniden en edelgassen die totaal geen electriciteit geleiden en dus prima als isolator dienst kunnen doen (tenzij je er natuurlijk een plasma van maakt, zoals in TL buizen, dan gelden er heel andere principes)

[Verwijderd]

ehh heel leuk, maar diamant is geen halfgeleider hoor

Zeg heb jij dat artikel wel gelezen?

[MM]

Ja, er staat halfgeleiders gebaseerd op diamant, als je een beetje logisch nadenkt, en een beetje weet waar je over praat, dan zal je begrijpen dat je van zuiver diamant geen halfgeleiders kan maken. Je zult juist een "vervuiling" moeten toevoegen om er voor te zorgen dat het een halfgeleider wordt, net zoals met silicium gedaan wordt.

[Tukkie_3]

Toevoeging op Biazz goede uitleg -> Industriele diamanten worden o.a door General Electric gemaakt (ziekenhuismessen en boorkoppen) . Dit gebeurd niet zoals Letatcest schrijft op een "homemade" manier maar onder 800 bar druk en een constante temperatuur van ongeveer 900 graden en dan een aantal dagen lang.

Daarnaast heeft een kunstmatige diamant een niet zo heldere kleur, en is daarom niet zo gewilt als "pronkstuk". Daarnaast is het nogal een probleem om diamant als waffer te persen met lagen van minder dan 500 micron (ofzoiets) vanwege de 3D koolstofstructuur van diamant.

In rusland is zoals Duponjan al melde wel geprobeerd om de kwaliteit van natuur edelstenen te evenaren met kunststenen, echter dit is alleen bij Robijnen gelukt. Echter onder druk van de robijnene handelaren is afgesproken dat ook kunst robijnen en andere kleur krijgen.

[arjankoole]

industrieele diamanten zijn derhalve ook bedoeld als goedkoop 'verbruiks' artikel, en niet als duurzaam sierraad.

heeft z'n voordelen, je wilt niet weten wat een boor met diamanten kop, of een slijpschijf met diamant kost als ze dit niet hadden uitgevonden....

Gamma Verkoper: "Momentje meneer, even de dagprijs van diamant opzoeken".

[Verwijderd]

hmm, misschien niet eens zo gek. tegenwoordig met overclocken ed is temperatuur toch je grootste vijand....

alleen, diamant is wel een dure grondstof, vraag me af, of het dan nog een beetje reeel is qua prijs voor de normale consument..

[Verwijderd]

Ze kunnen diamant namaken. Ik vraag me alleen af of dat dezelfde eigenschappen heeft zoals boven aangegeven (laat staan hoe duur dat proces is)

Verder denk ik dat dit soort technieken eerst de ruimte in wordt geschoten voordat het bij de consument thuis in z'n Peeceetje terecht komt.

[jiriw]

Oh, ja hoor... industrieel diamant is net zo goed (of beter) hiervoor te gebruiken dan natuurlijk gedolven diamant (diamant = koolstof kristal vorm. Andere twee bekende vormen: grafiet en buckminster fullereen) en is net als silicium, germanium en nog een paar elementen een halfgeleider. Waarom zijn er dan nog geen industrieel diamanten ringen op de markt zal je denken? Het maken van diamant in die diktes is gewoon economisch niet rendabel (maar wel mogelijk !!) Opgraven is goedkoper. Idd is er dat doteringsprobleem. Silicium is gedoteerd met aluminium of fosforatomen (gewoon een beetje verontreiniging toegevoegd aan het gesmolten silicium) om het zo een P / N voorkeur te laten hebben. Hierdoor geeft het liever electronen af of neemt ze liever op, en krijg je de typische in een richting electriciteit sperrende diode als je een P en N laagje op elkaar "legt" en iedere kant draadjes maakt zodat je er een electrisch signaal doorheen kan leiden. Voor diamant is dat doteren een stuk moeilijker. Diamant smelt namelijk zo moeilijk (en als je het smelt onder gewone druk verandert het geloof ik weer terug in grafiet ... correct me if i'm wrong) en dus moet je een andere manier zoeken om die dotering/verontreiniging toe te voegen. En daar zijn die japanners nu druk mee bezig.

[typhon]

Ik weet niet hoe het zit met dat industrieele diamant, maar ik weet dat ze nog niet zo lang gleden een machine hebben uit gevonden die kortstondig een druk op kan wekken waarmee een echt diamant geperst kan worden uit een hoopje koolstof. Ze zouden die technologie kunnen kopieren, alleen dan onder iets lagere druk en ook een iets langer uithoudings vermogen. Bovendien is die machine waar ik het over heb heel duur, ook voor het gebruik betaal je al een hele hoop dollars.....helaas

edit:
En ik heb het ook over echte diamant die ook onder de aarde vandaan komt.

[0rbit]

Je kunt ook doteren door ionen op je materiaal af te schieten. Ik zie niet in waarom dit bij silicium wel zou werken en bij diamant ineens niet meer. (Mits je maar hard genoeg schiet )

[berzelius]

Je kunt diamant op verschillende manieren maken, meestal vanuit een koolstofbevattende gasfase of door het samenpersen van grafiet onder zeer hoge druk en temperatuur.

Je kunt bijvoorbeeld methaan door een met waterstof gevulde kamer leiden, waar energie aan toegevoegd wordt met behulp van een spiraaltje (denk aan de gloeilamp) of door microstraling als in een magnetron. Op een bepaald substraat kun je dan dunne lagen diamant afzetten. Dit proces heet Chemical Vapour Deposition.

Het is zelfs mogelijk om met behulp van een lasbrander dikkere lagen diamant te groeien (doen ze op de KU Nijmegen).

Door aan de gasfase een zogenaamde dopant toe te voegen is het mogelijk om het diamant te doteren. Als je diboraan (B2H6) toevoegt krijg je bijvoorbeeld een goede p-type halfgeleider, met een hoge ladingsdragermobiliteit. Het probleem is dat er geen goede n-type dopant voor diamant gevonden is, terwijl daar toch al zo'n 10 jaar onderzoek naar gedaan is: de gevonden mobiliteit (beweeglijkheid van de ladingsdragers) is te laag ;-( om commercieel interessant te zijn. Gelukkig zijn de laagjes diamant wel interessant voor andere toepassingen, zoals voor coatings (diamant is keihard). Als je je erin verdiept blijkt het fantastische fysische eigenschappen te hebben, zo laat het bijvoorbeeld ook een heel groot deel van het elektromagnetisch spectrum door, waardoor het in ruimtevaartschepen soms gebruikt wordt voor lenzen of als 'glas' aan de buitenkant van optische meetapparatuur. Het reageert bovendien alleen met sterke oxidators (zoals zuurstof of HF, en dan nog alleen boven een bepaalde temperatuur).

Probleempjes met diamant: boven de 500 graden Celsius verandert het redelijk rap in grafiet, de kwaliteit van de lagen hangt sterk van de omstandigheden af.

Overigens duiken 'successtories' m.b.t. diamant eens in de zoveel jaar de kop op, zonder echt van de grond te komen. Maar wie weet ...

[Krankenstein]

Eehm je denkt toch niet dat diamant een element is?

Wat hierboven bedoeld is dat je van andere koolstofvormen diamant kan maken door het extreem te comprimeren of zoiets.

[letatcest]

industrieel diamant... gewoon home made door opbakken van koolstof of zo

[ReseT]

Er bestaat toch ook zoiets als industrieel diamant?
Misschien gebruiken ze dat...

[te laat.... ]

[Amdk6II]

Er zijn wel meer onderdelen in de computer waarin ook goud zit, ook niet het goedkoopste.
Maar er zit meestal zo weinig in dat het toch wel meevalt.

Een industriediamand is ongeschikt als sieraad maar zou hiervoor dus wel heel aantrekkelijk zijn.

[Verwijderd]

Jawel, maar dat is tegenwoordig misschien nog maar een halve gram goud of zo. Ik weet niet hoeveel karaat dat is, maar erg duur kan het niet zijn

[jiriw]

<ot>
Bij goud is het aantal karaat niet een gewichts maat (zoals bij diamant) maar een kwaliteits maat. 24 karaat is puur goud. 12 karaat is 50% goud etc.

[Left]

Och uit zoveel materiaal bestaat een chip ook niet, als je de behuizing niet meetelt. En als je nagaat wat een P4 3Ghz nu al kost, dan kan honderd dollar extra er ook nog wel bij ..

[Verwijderd]

De zweden en britten waren eerder, getuige deze post:
http://www.tweakers.net/nieuws/23253/

Edit: ere wie ere toekomt, de britten moeten er ook bij

[Bigfoot48]

Hebben ze dan nooit stil gestaan bij de gedachte dat de consument alles zo goedkoop mogelijk wil? Ik neem aan dat dit de prijs ook zal doen laten stijgen.

[ATS]

Heb je er wel eens aan gedacht dat er meer omgevingen zijn waar electonica toegepast kan worden dan je huis-tuin-en-keuken PC-tje? Zo is de prijs van een chip voor in een sateliet niet zo relevant, zo lang hij maar betrouwbaar is onder de extreme omstandigheden waarin hij moet functioneren...

[typhon]

Misschien kun je het ook toepassen op het warmste gedeelte van de chip. Ik weet niet of het mogenlijk is om diamant met silicium te combineren/laten overlopen.

Die toepassing zou nog niet zo gek zijn. Dan zet je het diamant bij de processor bijvoorbeeld alleen op de execution en L1 cache units (volgensmij worden die het warmst).

In samenwerking met Japanse fabrikanten zal dit project binnen enkele jaren moeten leiden tot een halfgeleider die hogere temperaturen en hogere voltages aankan dan de traditionele siliciumhalfgeleider

Dus het wordt niet koeler maar even warm. Het kan alleen hogere temperaturen aan. Als het niet van puur diamant wordt dan zou het dus moeten zijn dat hoe meer transistoren en sporen hoe lager de temp moet zijn. Dat zou dan dus de verkleining kunnen belemmeren. Bij bijna elke vooruitgang in de cpu wereld komen er weet transitoren bij. Nu is het zo hoe kleiner hoe beter, in de toekomst zou het dus hoe kleiner (meer transistoren per mm2) hoe warmer...Want vertroebeling tast de zuiverheid aan.

[LiMy]

ik denk dat je er ff geen rekening mee houd dat het hier industriële diamanten betreft. die kosten relatief weinig. je zou haast zeggen dat het ongeveer even duur is als zuiver silicium, wat ook behoorlijk aan de prijs is. echter heb je ook hier weinig van nodig

[Verwijderd]

Ja en dan nog iets, op een diamant slijpschijf zit waarschijnlijk niet veel meer diamant dan in een chipje nodig zal zijn. De spoorbreedte op een silciumchip wordt toch ook steeds kleiner, zelfs tot 1 transistor per atoom? Dus moet die 4mm^2 toch wat veel zijn. Alleen zou het natuurlijk zo kunnen zijn dat het grootste gedeelte van de geproduceerde chips, dat mislukt is, minder makkelijk is te hergebruiken.

[H!GHGuY]

euhm, kheb gisteren chemie geblokt, en daar staat de vergelijking tussen de eigenschappen van diamant en grafiet... daar staat lttl: diamant ongeleidend, grafiet, geleidend... maar dat diamant een halfgeleider is??

de chemische structuur van diamant is door "sp³-hybridisatie" een tetraëder, waardoor alle elektronen van het C-atoom gebonden zijn (dat verklaart de hardheid van de stof) maar doordat al die atomen gebonden zijn, kun je er toch geen electrische stroom doorzenden... als ik me lessen fysica van 2 jaar geleden nog herinner, dan heb je bij halfgeleiders sprake van een valentieband, conductieband, vrije electronen, doteringen, en meest en vooral: een metaalstructuur (ionrooster) (correct me als ik mn les nie goe geleerd heb )

dus vraag ik me af: waar komen dan die elctrische eigenschappen van diamant plots vandaan??

[Verwijderd]

Diamant op zich is inderdaad geen halfgeleider, maar dat is silicium op zich ook niet. Daarom worden er de zogenaamde 'verontreinigingen' in gebracht. Dit zijn materialen met meer of minder dan 4 elektronen op hun buitenste schil. Hierdoor heb je dus een soort onzuivere diamant. En deze zal dus wel kunnen geleiden, aangezien er vrije ladingsdragers zullen aanwezig zijn in de kristalsctructuur.

[H!GHGuY]

ik heb dus 2 jaar geleden mn les niet goed geleerd...

[Kurgan]

FF voor al diegenen die zich afvragen waarom diamant nu opeens financieel haalbaar is.

Vroeger was de enige manier om kunstmatige diamant te maken het onder druk zetten en verhitten van grafiet. Grote, zware apparaten dus, en dus ook dure kunstmatige diamanten. Sinds een paar jaar is er een volkomen anders procedé ontwikkeld, wat sneller en véél goedkoper is. Bij dit proces wordt een koolstofhoudend gas zoals methaan verhit tot het een plasma wordt. Als dat plasma daarna afkoelt slaat het koolstof normaal gesproken neer als grafiet. Als je echter een klein diamantje neerlegt, gebruikt het koolstof het kristalrooster van diamant als voorbeeld zodat er méér diamant ontstaat. Deze techniek heet CVD, oftewel Chemical Vapor Deposition. Zie voor meer info deze links:
http://www.delphion.com/details?pn10=US04816286
http://www.sciencebase.com/iss1.html
http://www.chem.wisc.edu/~newtrad/CurrRef/BDGTopic/BDGtext/dgpfms.html

Diamantchips zullen voorlopig nog wel duurder zijn dan siliciumchips, maar voor high-end systemen zal dat niet veel uitmaken denk ik.

[Molybdenum]

het gas hoeft niet noodzakelijk verhit te worden hoor: door een hoogfrequent elektrisch veld kan je het gas ook ioniseren (zoals in een gasontladingslamp).

en volgens mij heb je ook geen entkristallen op het oppervlak meer nodig: door het kiezen van de juiste omstandigheden zoals de temperatuur van het oppervlak/gas, druk etc. kan je een bepaalde kristalvorm de voorkeur geven.

[Dupje]

Ik dacht dat men in Rusland ooit geprobeerd heeft kristal na te maken. De resultaten zouden zeer goed geweest zijn. Het zou enkel te achterhalen zijn met een bepaalde test of de diamant al dan niet echt is.

[Verwijderd]

Waarom moet dat zo duur zijn? Je kan toch gewoon industriële diamant kopen
Dat wordt in grote hoeveelheden geproduceert en is bijgevolg (spot)goedkoop.
Ik denk niet dat ze die bij de juwelier gaan kopen