Onderzoekers zien silicium-alternatief voor grafeen

Franse en Italiaanse onderzoekers zeggen erin geslaagd te zijn een silicium-alternatief voor grafeen te hebben gesynthetiseerd. Net als grafeen zou het tot dusver niet waargenomen siliceen een 'tweedimensionale' structuur hebben.

Naar grafeen wordt veelvuldig onderzoek gedaan wegens zijn veelbelovende eigenschappen voor de technologiesector, onder meer in transistors, elektrodes en andere componenten voor elektronica. Siliceen zou op sommige punten betere eigenschappen hebben dan grafeen, maar is vooralsnog veel moeilijker te produceren; zelfs het bestaan werd nog niet met zekerheid bevestigd.

Het theoretische bestaan van siliceen werd al lang voorspeld, maar het werd nog nooit in stabiele toestand waargenomen. Een groep onderzoekers van universiteiten in Berlijn, Marseille en Rome is er echter in geslaagd om siliceen te produceren. Deze 'tweedimensionale', kippengaasachtige structuur van siliciumatomen zou vergelijkbare eigenschappen hebben als grafeen, maar dankzij compatibiliteit met normaal silicium eenvoudiger in halfgeleiders te verwerken zijn.

Om het laagje siliceen te produceren maakten de onderzoekers gebruik van een substraat van zilver. Daarop werd een laagje siliceen aangebracht en met stm- en andere meetinstrumenten waargenomen. Vooral dat laatste, waarbij het siliceen als honingraatstructuur op het zilver zichtbaar is, werd bij eerdere claims van andere onderzoekers in twijfel getrokken. Meetwaarden en berekeningen zouden de huidige claim echter moeten ondersteunen.

Reacties (29)

[XBL]

Waarom spreekt men over een 'tweedimensionale' structuur? Omdat het zooooooo dun is of vanwege een andere eigenschap?

[Malantur]

Ze spreken van 2D omdat dit zowat het dunste materiaal is dat ze kunnen maken.
Grafeen is namelijk een keten van koolstofatomen in een kippengaasstructuur, en dat exact 1 atoom dik.

Aangezien je delen van een atoom niet meer als een vlak kan zien is dit dus eigenlijk het dunste mogelijke materiaal. Objectief gezien heeft het nog een dikte, maar als je dit geen 2D noemt kan je niks 2D noemen

[franssie]

maar als je dit geen 2D noemt kan je niks 2D noemen

Dat is het wel kort en scherp samengevat idd.

[bert_m]

Het gaat om een enkellaags materiaal waarbij alle atomen zich in hetzelfde 2D-vlak bevinden.
Gewoon silicium is een kristalstructuur, alsof je sinaasappels in een doos stopt (meerdere lagen dik, de lagen liggen een beetje in elkaar). Siliceen is een tweedimensionale structuur, vergelijk het met sinaasappels die je enkellaags op een tafel zo compact mogelijk neerlegt.

[Xanaroth]

Vraag me wel enorm af; hoe gaan ze ooit massaproductie met basismateriaal van dergelijke dikte doen. Het bouwen op, bijvoorbeeld, de huidige silicium schijven voor de handelbaarheid (oppakken) etc is relatief simpel te doen.

Maar volgens mij wordt de grootste uitdaging niet het basismateriaal zelf creeren, maar het voorkomen van slip (dislocatie) tijdens het productieproces van bijvoorbeeld de chip?

[Reactie gewijzigd door Xanaroth op 24 juli 2024 11:01]

[Malantur]

Op zich is de fysieke dikte van ondergeschikt belang voor een chip. Maak een laagje op een dikker materiaal en je hebt nog altijd de eigenschappen van grafeen maar dan nu op een stevigere ondergrond.
Nu wordt het trouwens ook al op een zilversubstraat gemaakt, al vermoed ik dat ze tegen dan ook wel een ander materiaal dan zilver zullen gebruiken

[franssie]

al vermoed ik dat ze tegen dan ook wel een ander materiaal dan zilver zullen gebruiken

Al zou het al omdat zilver geleidt.

[Verwijderd]

Ergens in een interview met Greim (Nobelprijswinnaar voor grafeen onderzoek 2010) las ik dat ze hun grafeen samples maakten mbv plakband! Exacte details weet ik niet maar het geeft wel aan dat het productieproces van grafeen zelf niet erg lastig is. Dit is overigens de andere reden (naast halfgeleidereigenschappen) die de stof zo interessant maken.

Linkje naar het "productieproces":
http://www.kennislink.nl/publicaties/grafeen-meet-weerstand

[Verwijderd]

Wat gaan ze hier mee doen, gaan ze hier chips van maken?

[Malantur]

Uit het artikel:

Naar grafeen wordt veelvuldig onderzoek gedaan wegens zijn veelbelovende eigenschappen voor de technologiesector, onder meer in transistors, elektrodes en andere componenten voor elektronica.

Dus ja: ze gaan hier chips van proberen maken. Onderandere de elektrische weerstand van grafeen is extreem laag, dus als het lukt dan komen er zuinigere en sneller chips.
En misschien met siliceen nog betere (maar als je het artikel leest, dan is dat wel echt toekomstmuziek).

Even op de wiki gekeken ivm elektrische weerstand van grafeen:

Scattering by the acoustic phonons of graphene places intrinsic limits on the room temperature mobility to 200,000 cm2V−1s−1 at a carrier density of 10^12 cm−2. The corresponding resistivity of the graphene sheet would be 10−6 Ω·cm. This is less than the resistivity of silver, the lowest resistivity substance known at room temperature. However, for graphene on SiO2 substrates, scattering of electrons by optical phonons of the substrate is a larger effect at room temperature than scattering by graphene’s own phonons. This limits the mobility to 40,000 cm2 V−1s−1.

[Reactie gewijzigd door Malantur op 24 juli 2024 11:01]

[ReallyStupidGuy]

Van wiki:
Grafeen is ook één van de snelste halfgeleiders (zo'n honderd keer sneller dan silicium)[2]. Hardwarefabrikanten doen onderzoek naar transistoren uit grafeen


Nu vraag ik mij af of silleen ook de geleiding heeft van Grafeen of dat het hier om andere eigenschappen gaat. Als ik zie hoe blij het artikel is verwacht ik dat dit de zelfde eigenschappen wat betreft geleiding heeft.

[bigbadbull]

Nu vraag ik mij af of silleen ook de geleiding heeft van Grafeen of dat het hier om andere eigenschappen gaat. Als ik zie hoe blij het artikel is verwacht ik dat dit de zelfde eigenschappen wat betreft geleiding heeft.

Siliceen zou op sommige punten betere eigenschappen hebben dan grafeen,

En reken maar dat geleiding tot de interessante eigenschappen behoort die onderzocht worden.
Laat ik het anders zeggen als siliceen slechtere geleiding belooft dan Silicium en grafeen, dan zou het nauwelijks onderzocht worden. Dus de geleiding moet minstens in de buurt liggen.

[mad_max234]

Word nog niet echt onderzocht(handje vol mensen), er is waarschijnlijke publicatie verspreid en zijn universiteiten de proef aan het herhalen en proberen het te bevestigen dat Siliceen echt bestaat. Dat laatste is nog niet 100% gelukt, ze denken dat ze het hebben gevonden maar moeten nog meer wetenschappers de test herhalen en hun bevindingen posten.

Als dat bewezen is dan zullen er veel meer mensen mee aan de slag gaan met vervolg onderzoek, wellicht de productie versimpelen. En wellicht over heel wat jaren is het bruikbaar voor massa productie. Maar dan moet Siliceen wel echt bestaan natuurlijk, dan kan je ook pas de eigenschappen met zekerheid vaststellen, daarvoor blijft het speculatie en vermoedens.

[Reactie gewijzigd door mad_max234 op 24 juli 2024 11:01]

[AJ]

grafeen is geen halfgeleider lijkt me geen betrouwbare wiki waaruit je citeert

[Xanaroth]

In feite wel, het huidige materiaal (silicium) is de basis waaruit je uiteindelijk onder andere computerchips maakt.

Het is echter zeker niet de enige markt die dit basismateriaal en productieproces deelt.

[bert_m]

Dat zal uiteindelijk wel het doel zijn. Net als grafeen heeft siliceen grote voordelen over 'ouderwets' silicium.
Grafeen is al jaren in het Tweakers-nieuws (inmiddels leest niemand meer "grafsteen" in plaats van grafeen, zoals dat in het begin wel gebruikelijk was ), maar je processor wordt daar nog altijd niet van gemaakt. Logisch, want er is nog veel onderzoek (en investeringen!) nodig om van grafeen een succesvol product te maken.

Het zelfde zal ook gelden voor siliceen: het zal nog jaren duren alvorens hiermee überhaupt een elektrische schakeling wordt gemaakt, en dan nog jaren alvorens het in mainstream IC's terechtkomt.

[Witchie NL]

Ik vraag me af warom ze dit zouden onderzoeken, als ze weten dat grafeen al een flinke stap vooruit is warom zouden ze dan niet wereld wijd daar onderzoek naar doen.
Grafeen transistors worden nu al jaren lang beloofd maar er is nog niemand die in de buurt komt van productie.

Ik zeg, verspilling van tijd, geld en moeite.
Tuurlijk, er zal vast wel een hoop mee gedaan kunnen worden maar warom zou je zoveel geld en tijd in dit onderzoek stoppen terwijl je met dat geld ook bestaand onderzoek naar grafeen kunt versnellen.

Grafeen belooft al minimaal 20x snellere processors, is dat naar huidige standaarden dan nog niet genoeg ofzo?

De gemiddelde thuis gebruiker heeft ongeveer een 2,5Ghz dual core nodig deze tijden, warom zouden processors dan 100x sneller moeten worden? Voor bedrijven en supercomputers natuurlijk logisch, maar dit soort onderzoek heeft geen enkele toepassing op particulier niveau. Dat gebeurt pas nadat het in het bedrijfs leven word toegepast en dan duurt het nog jaren voordat het bij de consument komt.

Ik zeg, bewijs het bestaan en stap dan over op reeds meer bekende onderzoeken (grafeen).

[Fiander]

Als ik er domweg van uit ga dat je met 100x sneller bedoelt: 100x sneller bij gelijk vermogen, dan is daar ook meteen je antwoord.

je hoeft niet 100x sneller, wat als je 10x sneller gaat, en 10x zuiniger?

[Verwijderd]

Ik vind het erg moeilijk hier niet op te reageren

Fundamenteel wetenschappelijk onderzoek laat zich niet zo makkelijk sturen, grafeen kan bij verder onderzoek allerlei praktische problemen opleveren die er met siliceen niet zouden zijn. Of siliceen moet de opvolger worden als we met grafeen weer tegen grenzen zijn aangelopen.

Men weet het niet maar onderzoek waar men grote mogelijkheden ziet voor de toekomst krijgen vaak toch al veel meer geld dus de focus zal voorlopig toch wel op grafeen blijven liggen.

[Sissors]

20x snellere processoren is naar huidige standaarden inderdaad genoeg. Maar zoals je zelf hebt opgemerkt, ze zijn er nog niet, en het zal nog lang duren voordat ze er komen (als ze al komen). Dus is het wel zo handig om nu al te gaan zoeken naar materialen voor daarna. 20x sneller is leuk hoor, maar dat is echt niet voldoende voor over 30 jaar. Kijk wat er in de afgelopen 10-15 jaar aan snelheidswinst is geboekt, en redelijke kans dat jij 15 jaar geleden ook had gezegd dat 20x sneller wel meer dan voldoende zou zijn, niet dus.

Daarnaast is het ook grappig hoor, om al je geld op grafeen in te zetten. En toen bleek het toch een hopeloze zaak te zijn, weg geld, en erger, je moet dan helemaal opnieuw beginnen met andere technieken. En het is nog bijzonder onzeker of grafeen ooit een CMOS vervanger wordt. Kijk bijvoorbeeld 12nm CMOS weten we zeker dat het komt, er zijn nog obstakels, maar die zullen worden overwonnen. Bij grafeen is het allerminst zeker. Leuk hoor die snelle dingen, maar de huidige grafeentransistoren hebben bijvoorbeeld het kleine detail dat ze niet uitgezet kunnen worden, en dat is een fundamenteel probleem.

[Verwijderd]

ik denk dat ze dit verder gaan onderzoeken

[kl1172]

Ik dacht dat het maar 1 atoom dik is, waardoor ze het 2 dimensionaal noemen.

[Soldaatje]

Met grafeen heb je geen koeling meer nodig, de chip koelt zichzelf!
http://webwereld.nl/nieuw...feen-koelen-zichzelf.html

[Fealine]

Je zal nog steeds case-fans nodig hebben om de warmte uit je kast af te voeren. Het is niet dat de chips helemaal geen warmte meer gaan af geven, alleen kunnen de chips de warmte makkelijker zelf kwijt raken aan de omgeving.

[Sissors]

Gezien de hoeveelheid hitte die een grafeenprocessor zou verstoken met huidige stand van zaken zou hij alsnog wegsmelten...

[Helixes]

Hoezo ¹¹¹Ag? Is dat niet radioactief? En komt dat uberhaupt wel voor in de echte wereld?

Kan niet echt zeggen dat ik zulke exotische materialen nou een alternatief voor wat dan ook vindt....

[bert_m]

Het is niet noodzakelijk om zilver te gebruiken als ondergrond bij de toepassingen van siliceen. Het wordt enkel gebruikt als geschikte ondergrond bij de metingen met de STM.

Voor uiteindelijke toepassingen is zilver zelfs ongewenst, zilver geleidt immers erg goed.

[Crackh34d]

In dit geval geven de cijfers (111) de richting van het zilverkristal aan. De cijfers zijn de zogeheten miller indices. Ze hebben dus niks met de atoom massa te maken.

[Verwijderd]

sommige mensen zouden ook moeten inzien dat fundamenteel onderzoek niet altijd hoeft gedaan te worden om er iets commercieel van te maken, veel van dit soort onderzoek helpt ons om de wereld waar we in leven beter te verstaan...

de kwestie grafeen; dit heeft zeker al zijn toepassingen, ik raad de mensen aan om eens nanotubes te googelen, dit zijn tubes gemaakt van grafeen, en naargelang de manier van opvouwen van de laag naar tube krijg je geleidende dan wel isolerende eigenschappen.

over de productie van siliceen: natuurlijk is het niet eenvoudig, het staat dan ook in zijn prille begin. als je nadenkt hoelang ze er over gedaan hebben om het menselijk genoom te coderen en hoeveel geld dat gekost heeft, terwijl je de dag van vandaag voor 400 euro je eigen DNA volledig kan laten coderen... dus ik zou nog even afwachten voor ik een onderzoek afbreek.

de reden dat ik denk dat siliceen zo moeilijk te maken is, ligt deels aan het feit dat je effectief een monolaag moet maken, en anderzijds dat Si als element een sterkere binding vormt met zuurstof dan met zichzelf, waardoor je altijd de kans loopt op de vorming van siliconen ipv siliceen.(basisprincipe van siliconepolymerisatie zoals we ze kennen)