02/05/2017
Door Ad Spijkers
Onder aanvoering van de Technische Universiteit Ilmenau is een Europees onderzoeksproject afgesloten dat nieuwe technologieën ontwikkelde voor de productie van chips in de toekomst.
Aann Het Europese project namen zestien partners uit wetenschap en industrie deel. Ze ontwikkelden een technologisch proces voor de productie van transistors, waarvan de kleinste onderdelen slechts twee nanometer groot zijn. De resultaten van het project maken massaproductie van een nieuwe generatie van elektronica voor high-performance computers, smartphones en tablets mogelijk, én een flinke energiebesparing.
Elektronische componenten worden nog steeds kleiner, maar het einde van miniaturisatie met conventionele technologieën is in zicht. Deskundigen verwachten dat in de periode 2025-2035 de fysieke ontwerplimiet van de huidige transistors zal zijn bereikt.
Geavanceerde elektronische apparaten met een zo laag mogelijk energieverbruik vereisen niet alleen volledig opnieuw ontworpen transistoren, maar ook kleinere structuren voor deze halfgeleidercomponenten. Bovendien moeten de kleine structuren in massaproductie zijn te vervaardigen. Momenteel werken dergelijke transistoren alleen mogelijk in het laboratorium bij temperaturen van -200°C.
Ontwikkeling van componenten
In het zojuist afgesloten Europese project Single Nanometer Manufacturing for beyond CMOS Devices (SNM) optimaliseerde een grote Europees team van onderzoekers de huidige productiemethoden voor snelle elektronische componenten en maakten ze de productie van elektronische structuren van minder dan 2 nm mogelijk.
De resultaten van de project maken nu de massaproductie van een nieuwe generatie van high performance en energetisch efficiënte elektronica mogelijk. Dit is een belangrijke stap vooruit: hoe kleiner de transistorstructuren, des te meer transistors passen op en des te krachtiger de computer. De toename van de reken- en opslagcapaciteit is dringend nodig voor de ontwikkeling van het Internet of Things.
Inmiddels is de batterij van mobiele elektronische apparaten een van de zwakste schakels. Uit het project is gebleken, dat het energieverbruik van mobiele apparatuur op de middellange termijn met een factor 25 kan worden verminderd. Maar het energieverbruik van bijvoorbeeld een mobiele telefoon hangt van zoveel factoren af, dat zo'n besparing theoretisch wel mogelijk is, maar niet wetenschappelijk verantwoord kan worden voorspeld. De onderzoekers stellen wel dat een gebruiker zijn mobiele telefoon in de toekomst minder vaak zal moet opladen.
Nederlandse inbreng
De resultaten van het project werden mogelijk gemaakt door de interdisciplinaire samenwerking van zestien universiteiten, onderzoeksinstellingen en industriële bedrijven uit acht Europese landen, waaronder Nederland.
De wetenschappelijke analyse van structuren in de orde van 10 nm werd gecoördineerd door het VSL Nederlands Metrologisch Instituut. De Technische Universiteit Delft ontwikkelde een lithografisch proces met hoge resolutie waarbij de productiesnelheid met behulp van 25 elektronenbundels in plaats van slechts één aanzienlijk kan toenemen.