halfgeleider microchip

Wondermateriaal lost twee grote technologische uitdagingen op

Nieuw chemisch materiaal kan de technologie van morgen revolutioneren. De wonderstof lost twee grote uitdagingen op.

Nieuw chemisch materiaal kan de technologie van morgen revolutioneren. De wonderstof lost twee grote uitdagingen op.

Jonas Svidras/Unsplash

Silicium domineert je technologie, omdat het atomen goed kan binden. Het is ook goedkoop en gemakkelijk te verkrijgen.

Techhoofdstad Silicon Valley heeft juist ook naam gemaakt door zich te specialiseren in op silicium gebaseerde transistors, halfgeleiders en microchips.

Maar de stof kent een paar problemen.

De halfgeleider, die vaak gemaakt is van silicium, is een van de dingen die je computer moet afkoelen. Silicium is namelijk niet goed in het geleiden van warmte, waardoor bijvoorbeeld je computer sneller oververhit kan raken. Dure en vaak lawaaiige koelsystemen zijn dus nodig.

Silicium brengt nog een andere uitdaging met zich mee. Hoewel silicium ideaal is om elektronen door te laten, kan het slecht overweg met zogheten ‘gaten’ – de positief geladen tegenpolen van elektronen – die belangrijk zijn in bepaalde soorten microchips.

halfgeleider microchip

Kubisch boorarsenide zal volgens onderzoekers de halfgeleiders en microchips van morgen transformeren.

© Jonas Svidras/Unsplash

Een internationaal onderzoeksteam van onder meer het befaamde Massachusetts Institute of Technology (MIT), de University of Houston en nog 13 andere instituten heeft deze problemen nu misschien opgelost. Ze hebben een sterke concurrent van silicium gevonden in een materiaal genaamd kubisch boorarsenide.

Uniek wondermateriaal

Dit materiaal heeft een hoge mobiliteit voor zowel elektronen als de zogeheten gaten. Kubisch boorarsenide kan namelijk stroom door elektronen en gaten vervoeren en zo de effectiviteit van de halfgeleider sterk vergroten. En juist deze eigenschap maakt het nieuwe materiaal uniek, stellen de onderzoekers.

Kubisch boorarsenide rooster

De structuur van kubisch boorarsenide is ideaal om stroom door zowel elektronen als ‘gaten’ heen te geleiden, wat ook de effectiviteit vergroot.

© Christine Daniloff/MIT

De perfecte warmtegeleider

Het onderzoeksteam is zo enthousiast over de eigenschappen van het nieuwe materiaal, dat ze het het beste halfgeleidermateriaal ooit noemen. De geleidbaarheid is tien keer groter dan die van silicium.

Kubisch boorarsenide is ook uniek, omdat het warmte zo goed geleidt.

‘Warmte is momenteel een groot struikelblok bij veel elektronica,’ verklaart een van de onderzoekers achter de ontdekking, Jungwoo Shin, van MIT.

‘Nu vervangt siliciumcarbide het silicium in elektronica bij grote EV-bedrijven zoals Tesla, omdat de thermische geleidbaarheid drie keer groter is dan die van silicium, ondanks de lagere elektrische mobiliteit. Stel je eens voor wat boorarsenide kan, met een tien keer grotere thermische geleidbaarheid en een veel betere mobiliteit dan silicium. Het kan een gamechanger zijn.’

Kubisch boorarsenide kristal

Zo ziet kubisch boorarsenide eruit als het is gekristalliseerd. Het materiaal kan o.a. heel goed warmte geleiden, waardoor er geen oververhitting van bijvoorbeeld je computer ontstaat.

© University of Houston

De weg naar duurzame technologie

De volgende stap is het vinden van een praktische manier om kubisch boorarsenide in grotere hoeveelheden te produceren dan op dit moment mogelijk is.

Boor en arseen zijn vrij gewone grondstoffen, maar de onderzoekers denken dat het lastig is om bedrijven over te halen zo’n dominant materiaal als silicium te vervangen door kubisch boorarsenide.

De onderzoekers hopen echter dat de bedrijven en de rest van de wereld oog hebben voor kubisch boorarsenide, het nieuwe wondermateriaal van de moderne technologie.

Mocht kubisch boorarsenide gangbaar worden in de technologie van de toekomst, dan is er minder behoefte aan extra materialen zoals ventilatoren, waardoor technologieën duurzamer en goedkoper worden.