Britten verbeteren transistormateriaal

Britse onderzoekers van de universiteit van Cambridge hebben een nieuwe vorm van de halfgeleider hafniumoxide ontwikkeld. De verbeterde vorm van het veelgebruikte transistormateriaal zou kleinere transistors mogelijk maken.

De onderzoeksgroep van Andrew Flewitt van het Department of Engineering van de universiteit van Cambridge ontwikkelde een nieuwe vorm van hafniumoxide. Dat materiaal wordt normaliter in kristallijne of amorfe toestand gebruikt, maar Flewitts team maakte een nieuw type hafniumoxide door het te sputteren. De dunne laagjes die zo gecreëerd werden, bleken een hogere diëlektrische constante te hebben dan de kristallijne of amorfe vormen.

De diëlektrische constante van hafniumoxide is juist waar het materiaal om geroemd wordt; de hoge diëlektrische constante van hafniumoxide maakt het materiaal geschikt als tussenlaag in transistorgates, waar het lekstromen beperkt. Het gesputterde hafniumdioxde blijkt een twintig tot vijfentwintig procent hogere 'k' te hebben dan kristallijn of amorf hafniumoxide. Dankzij de hogere k-waarde kan het isolatielaagje dunner worden en kunnen daarmee ook de overige transistorcomponenten kleiner worden gemaakt.

De verbeterde hafniumoxide-laagjes werden geproduceerd met een aangepaste sputter-methode, die 'high target utilization sputtering' wordt genoemd. Dat proces, waarbij hafniumoxidedeeljes van een elektrode worden losgemaakt door deze met hoogenergetische ionen te bestoken, levert een dun laagje amorf kubisch hafniumoxide op dat een diëlektrische constante van ongeveer 30 heeft, terwijl die bij de normale monokliene amorfe toestand 20 is.

Het kubisch amorfe hafniumoxide zou onder kamertemperatuur geproduceerd kunnen worden, wat een toepassing in onder meer plastic elektronica mogelijk maakt. Bovendien zou het niet alleen voor transistors, maar ook voor optische toepassingen als zonnecellen gebruikt kunnen worden. Het materiaal zou op korte termijn in de halfgeleiderindustrie gebruikt kunnen worden, mits partners worden gevonden.

Reacties (14)

[Molybdenum]

Hafniumoxide is een dielectricum (isolatie) en dus niet een halfgeleider. Tegenwoordig wordt nog siliciumoxide gebruikt, maar bij hele dunne lagen (wat nodig is voor de steeds kleinere features) gaat SiO2 electronen doorlaten (lekstroom) en hierdoor gaat de werking van de transistor achteruit en neemt warmteproductie toe. HfO2 als vervanger van SiO2 kan in deze zin dus een zeer welkome ontwikkeling zijn!

[straider]

Wat je zegt klopt inderdaad! Alleen werken moderne processoren al een tijdje met metallische diëlektrische lagen (zie bijv. reviews: Preview: Ivy Bridge). Gevonden is dus dat de kristralstructuur van zeer grote invloed is op de diëlektrische constante. Dit levert dus niet direct kleinere lekstromen op, maar een grotere capacitaire werking! Wat bijv. betekent dat je FET op lagere voltages kan werken, en dus daarmee de lekstroom grotendeels aanpakt.

[hatross]

Waar halen jullie vandaan dat hafniumoxide een halfgeleider is? Het is nl. een isolator die de gate scheidt van het P- of N-kanaal van een MOSFET. Hier wat meer info over het materiaal:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Hafnium(IV)oxide
Op de Engelse Wiki staat dit: Hafnium-based oxides are currently leading candidates to replace silicon oxide as a gate insulator in field effect transistors. Nu is men er kennelijk in geslaagd dit te realiseren.
Over MOSFETs:
http://nl.wikipedia.org/wiki/MOSFET
@ Molydenum, je was me voor, zie ik nu

[Reactie gewijzigd door hatross op 27 juli 2024 23:08]

[kimborntobewild]

Dankzij de hogere k-waarde kan het isolatielaagje dunner worden en kunnen daarmee ook de overige transistorcomponenten kleiner worden gemaakt.

Maar op 't plaatje zijn ze even dik...?

[Verwijderd]

Klopt ook niet.
Door de hogere K waarde (dielektrische constante), hoeft de gate isolatie minder dun te worden om dezelfde gate capaciteit (Cox) te maken. Dikkere isolatie verlaagt de gate lek. Cox is een maat voor de transistor versterking en is omgekeerd evenredig met de dikte (en evenredig met K).

[LooneyTunes]

... hoeft de gate isolatie minder dun te worden om dezelfde gate capaciteit (Cox) te maken.

Hebben we het hier nu over transistors of over FETs?

Ik mis die 'base' ook al in het plaatje (hoewel ik de 'D'rain en 'S'ource er wel in terug zie... )

Waar zijn mijn basis, collector en emitter gebleven?

[straider]

Bij bipolaire transistors spreek je inderdaad van basis, collector en emitter. Bij FET's heb je het vaker over source, drain en gate. De gate is bij FET's geïsoleerd van de source en drain. Door een juiste spanning aan de brengen op de gate verander je (capacitair) de doping in het onderliggende silicium. Hierdoor wordt een pad gecreëerd voor elektronen om van source naar drain te stromen. Voila daar is je transistor

Nog een leuk detail misschien, als je alleen een spanning aanbrengt op de source, verander je OOK de doping in het silicium. Dit wil je zo veel mogelijk voorkomen, vandaar de nieuwe transistor van intel (Zie reviews: Preview: Ivy Bridge ).

[Reactie gewijzigd door straider op 27 juli 2024 23:08]

[karstnl]

staat nergens de verhouding bij, het is ook een meer schematische afbeelding.

[DDarkForce]

Maar het hele punt van dit artikel is dat ze nu kleinere transistors zouden kunnen maken, beetje vreemd om dat dan niet te laten zien in het plaatje.

Al doe je moeite om er een schematische weergave bij te maken moet je daar toch laten zien wat je wil dat mensen zien..een kleinere transistor.

Sowieso goede ontwikkeling!

[benji83]

Het gaat hier om de samenstelling, het gaat niet om het formaat.
Ja, ze kunnen kleiner worden, maar dat is niet het uiteindelijke doel.

[Cyberwizzard]

Transistoren in ASICs zijn tegenwoordig niet meer 3 laagjes naast elkaar maar een sandwidge van alle 3 componenten om en om.

Daarmee kan de totale lengte en grootte van een transistor kleiner worden gemaakt met hetzelfde procede. Zou je nu 1 van deze lagen aanzienlijk kleiner kunnen maken, dan wordt de oppervlakte van de sandwidge kleiner en dus de hele transistor.

[haifisch]

Goed werk!
Hopelijk krijgen we nog betere computers. Kijk maar eens wat er de laatste 50 jaar ontwikkeld is, en kijk dan naar de toekomst.
Stel de mogelijkheden voor als wij zo hard kunnen doorgaan als er de vorige jaren is gebeurd.

[PetersNL]

Hier een interessant filmpje die dat betwist
http://www.ted.com/talks/danny_hillis_back_to_the_future_of_1994.html

[blorf]

Nog niet gezien, idd interessant. Moeilijke stof weliswaar, ik volg het niet helemaal. Hij zit in een wazig gebied tussen o.a. wetenschap, filosofie en biologie. Volgens mij beweert ie dat de menselijke technologische stroomversnelling veel groter is dan we denken en onderdeel is van een natuurlijk proces waarin "eenheden" altijd neigen naar onderlinge informatie-uitwisseling met als resultaat een nieuwe grote overkoepelende eenheid die op zijn beurt na een bepaalde tijd weer neigt naar informatieuitwisseling met (blijkbaar) bestaande soortgenoten/collega-eenheden. M.a.w. hij voegt een dimensie toe aan de begrippen overlevingsdrang en voortplantingsdrang. Volgens hem is de neiging om een hoger niveau van abstractie te bereiken een natuurlijke eigenschap van leven.