Strontium en titanium opvolgers siliciumdioxide

Onderzoekers van de Technische Universiteit Clausthal in Wenen hebben waarschijnlijk een vervanger voor siliciumdioxide gevonden. Siliciumdioxide wordt in halfgeleiders gebruikt om transistors en dioden van elkaar te isoleren, maar ook als isolator tussen het kanaal en de gate. Doordat transistors ieder jaar kleiner worden, wordt deze laag ieder jaar ook dunner. Helaas verliest siliciumdioxide, beter bekend als glas, zijn isolerende eigenschap als de laag nog maar enkele atomen dik is met als gevolg kortsluiting in de transistor zelf. Als oplossing heeft de universiteit gezocht naar een materiaal met een hogere diëlektrische constante dan siliciumdioxide, in de halfgeleiderindustrie beter bekend als high-k-materiaal.

Dit materiaal hebben ze uiteindelijk gevonden en is een verbinding van strontium, titanium en zuurstof: strontiumtitanaat. De universiteit heeft echter geen primeur, want Intel kondigde begin november een transistor aan die gebruik maakte van een metalen gate en een high-k-gateisolator. Daarnaast is Intel er al in geslaagd om deze transistor te fabriceren, terwijl de universiteit alleen maar computersimulaties heeft uitgevoerd die aantonen dat strontiumtitanaat een goede vervanger voor siliciumdioxide is. De universiteit heeft ook met simulaties aan kunnen tonen hoe een gate die gebruikt maakt van strontiumtitanaat is te fabriceren. Het onderzoek wordt door de EU gefinancieerd wat betekent dat de Europese microelektronicafabrikanten, waaronder Infineon, STMicroelectronics en Philips, waarschijnlijk in de toekomst van de resultaten gebruik mogen maken.

Reacties (65)

[voodooless]

nog wat info over strontium:

http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Sr/key.html

Strontium-90 (90Sr) has a half-life of 28 years. It is a product of nuclear fallout and presents a major health problem. Strontium titanate is an interesting optical material as it has an extremely high refractive index and an optical dispersion greater than that of diamond. It has been used as a gemstone, but it is very soft.

Hopen dat ze niet dat 90Sr isotoop gebruiken Best raar spul

[Anoniem: 88847]

dat is slechts een van de 4 isotopen van strontium, Sr88 is een stabiel element en heeft dus geen halfwaardetijd...

[wildhagen]

4 isotopen? Volgens die URL hierboven zijn er minstens 13 isotopen, waarvan 9 radioactief, en 4 niet-radioactief.

[Anoniem: 88847]

in Binas staan alleen de natuurlijke isotopen blijkbaar, dat zijn er idd vier... met kunstmatige isotopen erbij worden het er idd wat meer

[PimW]

Ozin Sir Axe! In de binas (je bedoelt die voor het voortgezet onderwijs?) staan ook niet-natuurlijke elementen. Er is immers een kolom opgenomen met de naam "voorkomen in de natuur". En bij veel van de isotopen staat geen waarde (dus 0% voorkomend in de natuur, oftewijl kunstmatig verkregen isotopen).
De binas van het voortgezet onderwijs is gewoon verre van compleet. Er bestaan ook binassen met afmetingen van boeken als 'Lord of the Rings' (+1000 bladzijden, groot formaat bladzijden, kleine letters).
Die bevatten pak een beet 12 keer zoveel informatie

[Anoniem: 92624]

Ik heb inderdaad zo'n BINAS voor het Natuurkunde onderwijs. Van dat enorm dunne papier (bijbelpapier) en meer dan 2000 pagina's dik en weegt een aantal kilootjes...

Ik zal eens kijken of ik er iets nuttigs in kan vinden...

Tot over 90 jaar..

[Anoniem: 56887]

Isotopen kunnen gevormd worden wanneer atomen met hoog energetische deeltjes worden beschoten. Ik krijg dan ook een raar gevoel wanneer dat in een omgeving gebruikt worden waar stroom (en dus elektronen (deeltjes)) tegen een paar GHz vloeit.

[blobber]

De kern van een element verandert niet zomaar, je moet ze beschieten met hoogenergetische alpha,beta of gamma straling, simpelweg wat kernen blootstellen aan stroom en gigahertz levert geen nieuwe isotopen op (gelukkig niet want dan ga ik wel een paar loden wandjes om mijn pc bouwen )

[Confusion]

Kris, electronen bewegen in een P4 niet sneller dan in een P1. Electronen in je computer vallen absoluut niet onder de noemer 'hoog-energetische deeltjes'.

[Rapzar]

ze trillen wel hard,die electronen, maar ze komen bijna niet van hun plek, echt veel snelheid(->impuls) hebben ze daarom niet zou ik denken

[Anoniem: 90479]

Wat krijgen we dan? hmmm..
"Tom's hardware test nieuwe loden heatsinks"

[OverSoft]

radiationsinks zijn et dan he

[Ranime562]

krijg je straks max 27 jaar garantie op je infineon geheugenmodule, ipv de levenslange garantie (?) die je tot voor kort kreeg

[Sten Vollebregt]

Nog leuker is dat strontium wordt gebruikt in vuurwerk voor de rode kleur. Dus als je nu je chip in vlammen laat opgaan zijn die tenminste mooi rood.

Ook al zal in vuurwerk waarschijnlijk een strontium zout worden gebruikt

[Anoniem: 55563]

...siliciumdioxide, beter bekend als glas...

Kleine correctie: glas, ook wel onderkoelde vloeistof genoemd in de thermodynamica, is een verschijningsvorm van SiO2. SiO2 zoals in computerchips, zand etc. bevindt zich gewoon in de vaste vorm. Voor de leek: als je een ruit breekt dan zie je dat de stukjes glas vaak niet meer mooi doorzichtig zijn. Dit komt doordat het glas gedeeltelijk uitkristalliseert (vergelijkbaar met water dat bevriest). Voor de insiders: glas heeft geen kristalstructuur zoals vast SiO2 dat wel heeft.

[Anoniem: 59707]

sterker nog, als je een glasplaat miljoenen jaren laat staan dan zie je op het einde nog maar een plasje glas

[Rapzar]

[off-topic] zo lang hoef je gelukkig niet te wachten. Als je ramen bekijkt die in de jaren 20/30 gezet zijn, zie je al verticale vloeilijnen, en als je gaat meten blijken ze vanonder ook dikker als van boven [/off-topic]

[Jack Flushell]

Klopt.. glas is eigenlijk een vloeibare stof

(al is ie moeilijk te drinken... don't try this @home)

[PimW]

Hier kan ik mij alleen maar bij aansluiten AgentSmith
Btw: zo'n insinder hoef je er ook weer niet voor te zijn hoor, met een natuur/techniek-profiel 6e klas op het vwo (ik dus ) behoor je dit eigenlijk wel te weten.
U krijgt hiervoor een +1 inzichtvol van mij, gefeliciteerd

[EfBe]

Als ik me goed herinner uit de tijd dat ik nog dagelijk in het BINAS boek keek, is Strontium vrij schaars, ik weet niet of het dan een juiste keuze is om dan dat materiaal te kiezen voor iets waar we de komende 10 jaar explosief meer gebruik van gaan maken, waardoor een scherp tekort kan ontstaan (met alle gevolgen van dien).

[Techless]

Ik denk dat dat wel mee zal vallen hoor. We hebben er een paar dagen geleden weer een heleboel van opgestookt.
De rode kleur van siervuurwerk komt (bijna) allemaal tot stand door de verbranding van Strontium. Tevens wordt het chromaat SrCrO4 veel gebruikt in roestwerende grondverf.
Strontium komt, (alleen) in gebonden toestand, voor in de aardkorst voor ongeveer 0,03%, voor Titanium is dat 0,06% dus welliswaar lager dan dat, maar 0,04 is zeker niet schaars te noemen (nog een vergelijking, platina maakt ongeveer 0,0000005% uit van de aardkorst).

In verhouding tot de massa's aan strontium die verstookt worden met vuurwerk valt het gebruik in IC's waarschijnlijk al in het niet. Dus ik denk dat we ons niet druk hoeven te maken over een mogelijk tekort.
Daarbij komt nog dat bij de verbranding een verbinding ontstaat met Strontium en zuurstof (onwaarschijnlijk met stikstof, daar is een relatief hoge temperatuur voor nodig). Het strontium kan dan ook weer teruggewonnen worden, mocht het nodig zijn.

[KompjoeFriek]

En dat noemt zich TechLess?

request nickchange in "I_know_shit"

[Anoniem: 66468]

Je hebt maar een heel klein neetje nodig om een core te maken dus ik denk dat dat tekort wel mee zal gaan vallen.

[broes willems]

Het schijnt dat de Amerikanen in hun onderzoek vaker gebruik maken van 'trial and error' (gewoon proberen) , terwijl Europianen vaker gaan rekenen.

Ik vraag me af of het amerikaanse Intel de strontiumtitanaat verbinding via 'trial and error' gevonden heeft. Ze waren in ieder geval sneller dan de Europeanen

Ik denk dat trial and error echter steeds minder gebruikt wordt omdat het te duur is. Er wordt daarom steeds meer gesimuleert. (Wat volgens mij de reden is dat er in de ruimtevaart zoveel mis gaat: Er kunnen factoren zijn die niet in een simulatie opgenomen zijn).

[Swerfer]

Ik vraag me af of het amerikaanse Intel de strontiumtitanaat verbinding via 'trial and error' gevonden heeft. Ze waren in ieder geval sneller dan de Europeanen

Wie zegt dat intel Strontiumtitanaat heeft gevonden?

[berend_engelbrecht]

Intel werkt aan andere High-K materialen. Een zoektocht op hun research website leert dat ze het verste zijn met TiN (Titanium metaal met stikstofdiffusie). Ook Philips doet hier onderzoek naar.

Een iets ouder document (begin 2003) van Intel noemt nog een aantal andere High-K materialen: hafnium dioxide (HfO2), zirconium dioxide (ZrO2) en titanium dioxide (TiO2).

edit:
Bij tweede lezing zie ik dat het isolatiemateriaal in de prototype transistors van Intel HfO2 is. De metalen gate is van TiN gemaakt.

Voor zover ik kan zien (gewoon googelen) wordt er verder alleen in Japan praktisch onderzoek naar de eigenschappen van SrTi gedaan en dat is ook pas in 2002 en 2003 gepubliceerd. Die Oostenrijkers zijn er dus toch vrij snel bij met hun simulatie en dit is inderdaad nieuws IMHO.

[Anoniem: 2090]

Siliciumdioxide (SiO2) staat beter bekend als doodordinaire zand en niet glas.

[SpankmasterC]

ik ben nu even in de war....
hier wordt gezegd dat een high-k materiaal gunstig is, vanwege de betere isolerende werking...

waarom werd bij de release van de ATi Radeon 9600 XT dan juist onwijs reclame gemaakt dat die gemaakt was met 'Low K dielectrics'? (of iets in die richting, in ieder geval low k)
dat betekend dan toch juist dat 't minder isolerend is?

Of heeft dit niks met elkaar te maken?

[PimW]

Jij bedoelt de daadwerkelijke gegevensdoorvoer binnen de chip of op de kaart zelf. Hoe minder weerstand, hoe minder warm en dus hoe hoger geklokt. Dat vindt met gunstig.
Hier in dit artikel doelt men juist op de isolatielagen tussen de "doorvoerlijnen". De doorvoerlijnen mogen immers niet gaan lekken of op een andere manier verstoord worden.

Samenvattend kun je het een beetje zo zien: binnenin de doorvoerlijnen moet de weerstand lekker klein zijn, de doorvoerlijnen op zichzelf moeten juist goed geisoleerd zijn.

[Countess]

dat klopt.

zoals pimw als zei woord de weerstand wel hoger en dus de warmte productie ook.
nog een verder nadeel van high-k materialen in chips is dat ze het schakelen van de transistor negaties beinvloeden en dan met namen de snelheid waarmee dat mogenlijk is, en de tijd dat het schakelen zelf duurt.
beiden eigenschapen die je zeker in CPU en soortgelijken zo hoog mogenlijk wilt houden.

daar staat tegenover dat je met high-k materialen makelijker tot een kleiner producite process komt, wat de kosten drukt, en tot voor heen de warmte productie ook.
met 90nm lijkt dat voordeel van het verkleinen echter te zijn ingehaal door het nadeel van de extra lekstroom die optreed bij verkleining van het producite process. die zelfde lekstroom word echter weer wel kleiner door het gebruik van high-k materialen.

welke het beste is (high-k dan wel low-k) is dus nog maar de vraag. waarschijnlijk krijgen ze allebij hun plaats, omdat ze alletwee hun voordelen en dus toepassingen hebben.

[Dark_man]

De CPU's wie met deze methode worden gefabriceerd worden hoogstwaarschijnlijk speciaal in boerderijen gebruikt.

Dit lijkt mij gewoon een tussenoplossing om het leven van Silicium nog wat op te rekken, we weten allemaal natuurlijk dat Silicium binnenkort aan zijn einde komt.

De toekomst zal nieuwe haflgeleiders brengen zoals Carbon Nanotubes met veel superieurdere eigenschappen en waar je deze tussen oplossingen niet nodig hebt.

[OverSoft]

silicium zal nog HEEL erg lang gebruikt worden hoor... misschien niet bij alle processoren, maar wel bij alle standaard chips (bijvoorbeeld alle LM***, 74***, diodes, transistoren, etc...), om meerdere redenen:

a) aanpassen van productieproces kost veel geld
b) mijn lijkt titanium duuder als zand...
c) het is simpelweg niet nodig!

[Vorlon]

De productie van 74** dingen loopt echt op z'n eind. Alle fabrikanten gaan over op chips waar enkel nog een paar weerstanden en wat condensatoren bij nodig zijn.

En lm*** is ook een aflopende zaak. Schakelvoedingen met controller en een paar powermosfet's is veel goedkoper te maken aangezien dat beter te koelen is.

[Jack Flushell]

Ik denk et ook wel, maar zodra het maken van de nieuwe transistoren goedkoper is zal het rap verdwijnen, ook al zal het nog KUNNEN mei Silicium... money is all that matters...

[Dr. Boktor]

Dit lijkt mij gewoon een tussenoplossing om het leven van Silicium nog wat op te rekken, we weten allemaal natuurlijk dat Silicium binnenkort aan zijn einde komt.

Silicium aan zijn einde? Dat is toch gewoon zand, of heb ik het nu verkeerd?

[Anoniem: 66468]

Ze zijn toch ook al met diamant bezig? Als ik de laatste Natuur en techniek goed heb begrepen dan zou diamant nog beter werken. Maar helaas is de ontwikkeling van diamant als halfgelijder nog niet zover [dacht dat ze alleen nog maar een P-laag of een N-laag konden maken]. Maar als ik het goed begrijp zijn we met strotium+titanium en/of diamant een beetje aan de laaste fase bezig voordat we nanobuizen enzo gaan gebruiken?

[Anoniem: 99802]

ik heb niet de indruk dat er van groot nieuws sprake is. Strontiumtitanaat is een monokristal waarvan het gebruik al bekend is. eSCeTe Single Crystal Technology BV ontwikkelt en produceert al monokristallen als magnesium Oxide, Saffier en Strontiumtitanaat; deze worden door hen verwerkt tot wafers met zeer glad gepolijste oppervlakken. Wafers worden onder andere in supergeleidende communicatiefilters en (blue) LED-toepassingen gebruikt. De mogelijkheden van supergeleiding buiten de bestaande halfgeleidertechnologie (silicium) waren al bekend, en supergeleidende communicatiefilters al toegepast in mobiele telefoniebasisstations en in satellieten.

[sidkl301]

glas is gebakken zand toch?

[Bliep]

zover ik weet is het een mengsel van zand en kalk onder hele hoge temperatuur Vraag me niet meer en pin me er niet op vast Ik ben maar een 3havo n00b

[Anoniem: 55563]

In aanvulling tot mijn eerdere verhaal: zand wordt sterk verhit tot boven het smeltpunt ("gebakken" zoals jij het noemt). Het wordt dus een vloeistof. Na wat zuiveringstechnieken wordt het, met een voor mij verder onbekende techniek, zeer snel afgekoeld tot kamertemperatuur. Deze afkoeling gaat zo snel dat de atomen niet de kans krijgen om een mooie kristalstructuur te vormen. Uiteindelijk is de temperatuur dusdanig ver onder het smeltpunt gezakt dat de atomen niet beweeglijk genoeg meer zijn om een kristal te vormen, ook al is de vorming van een kristalstructuur (lees: vast worden) thermodynamisch het meest gunstig. We spreken van een glas, oftewel 'onderkoelde vloeistof'.

Niet alleen SiO2 kan in glasfase treden. Iemand die nog meer stoffen weet? Zover reikt mijn praktische kennis op dit gebied niet .

*edit*
Gossie, overbodig? Nou ja, Nederland heeft allang geen kenniseconomie meer en dat wordt hier nog eens bevestigd .

[bhartman]

En wat is gebakken banaan dan