Chips uitrekken

Elektronen bewegen zeventig procent sneller door zulke chips, meldt treinkrant Metro.

,,De miniaturisering van chips als recept voor snellere computers loopt aan tegen de grenzen van wat mogelijk. Daarom zijn computerfabrikanten op zoek naar andere trucs om de snelheid van chips te verhogen”, vertelt prof.dr.dipl.-ing. Joachim Burghartz, die zelf twaalf jaar bij IBM werkte. Het chemisch uitrekken van silicium is een van die trucs.

In normaal silicium zitten de atomen relatief dicht bij elkaar waardoor de elektronen er steeds met een zigzagbeweging omheen moeten, legt de kersverse Dimes-directeur uit. Wanneer je silicium op een goede manier uitrekt, verandert de kristalstructuur. De electronen kunnen zich dan sneller voortbewegen. IBM bootst dat effect na door onder een dunne laag silicium een silicium-germaniumlaag aan te brengen die voor zo’n twintig procent uit het grotere germanium bestaat. Hierdoor is de afstand tussen de atoomkernen groter en verandert de kristalstructuur. Het silicium erboven probeert zich hier aan aan te passen door zich als het ware uit te rekken.

Een snelheidstoename van 35 procent is flink voor computerchips. ,,Bij zo’n toename heb je een nieuwe generatie computers, wat snelheid betreft.” Tussen een 486-microprocessor en een pentiumprocessor zat bijvoorbeeld hetzelfde snelheidsverschil.

Defecten

Burghartz eerste reactie op de nieuwe techniek is sceptisch. ,,Het werkt waarschijnlijk goed voor een paar transistoren, maar het is nog een grote stap om het idee ook te laten werken voor een pentiumprocessor met een hoge integratie van de onderdelen op de chip. Ik verwacht namelijk dat er door het chemisch uitrekken defecten in het kristalrooster ontstaan.” En als er op zo’n defect een transistor staat -en die kans is groot als je veel transistoren op een klein oppervlak propt- dan werkt dat onderdeel niet goed en kan je een hoge lekstroom krijgen.

,,Er moet dus nog veel werk verricht worden. Maar als IBM ergens een keuze voor maakt, zetten ze vaak veel menskracht in. Ik denk wel dat IBM solide resultaten heeft.”

De ideeën van IBM worden vaak sceptisch ontvangen in de buitenwereld, weet Burghartz. ,,Midden jaren negentig was iedereen bijvoorbeeld ook sceptisch over de kopertechnologie. Nu hebben veel fabrikanten de aluminiumdraadjes tussen twee onderdelen op een chip vervangen door koperdraadjes. Indertijd was de stap naar koper heel groot, nu is het algemeen geaccepteerd.”

Bij Dimes werken onderzoekers ook met een germanium-siliciumlaag vanwege de hogere bewegingssnelheid van de elektronen. Voorhoogfrequente schakelingen in mobiele telefoons is snelheid namelijk erg belangrijk. ,,We gebruiken maar een paar transistoren voor het ontvangen van signalen.” Dus heeft zijn groep minder last van de defecten omdat er geen extreem hoge integratie nodig is.

De elektronicagigant wil al in 2003 chips met chemisch uitgerekt silicium in zijn apparatuur stoppen. Elektronen bewegen zeventig procent sneller door zulke chips, meldt treinkrant Metro.

,,De miniaturisering van chips als recept voor snellere computers loopt aan tegen de grenzen van wat mogelijk. Daarom zijn computerfabrikanten op zoek naar andere trucs om de snelheid van chips te verhogen”, vertelt prof.dr.dipl.-ing. Joachim Burghartz, die zelf twaalf jaar bij IBM werkte. Het chemisch uitrekken van silicium is een van die trucs.

In normaal silicium zitten de atomen relatief dicht bij elkaar waardoor de elektronen er steeds met een zigzagbeweging omheen moeten, legt de kersverse Dimes-directeur uit. Wanneer je silicium op een goede manier uitrekt, verandert de kristalstructuur. De electronen kunnen zich dan sneller voortbewegen. IBM bootst dat effect na door onder een dunne laag silicium een silicium-germaniumlaag aan te brengen die voor zo’n twintig procent uit het grotere germanium bestaat. Hierdoor is de afstand tussen de atoomkernen groter en verandert de kristalstructuur. Het silicium erboven probeert zich hier aan aan te passen door zich als het ware uit te rekken.

Een snelheidstoename van 35 procent is flink voor computerchips. ,,Bij zo’n toename heb je een nieuwe generatie computers, wat snelheid betreft.” Tussen een 486-microprocessor en een pentiumprocessor zat bijvoorbeeld hetzelfde snelheidsverschil.

Defecten

Burghartz eerste reactie op de nieuwe techniek is sceptisch. ,,Het werkt waarschijnlijk goed voor een paar transistoren, maar het is nog een grote stap om het idee ook te laten werken voor een pentiumprocessor met een hoge integratie van de onderdelen op de chip. Ik verwacht namelijk dat er door het chemisch uitrekken defecten in het kristalrooster ontstaan.” En als er op zo’n defect een transistor staat -en die kans is groot als je veel transistoren op een klein oppervlak propt- dan werkt dat onderdeel niet goed en kan je een hoge lekstroom krijgen.

,,Er moet dus nog veel werk verricht worden. Maar als IBM ergens een keuze voor maakt, zetten ze vaak veel menskracht in. Ik denk wel dat IBM solide resultaten heeft.”

De ideeën van IBM worden vaak sceptisch ontvangen in de buitenwereld, weet Burghartz. ,,Midden jaren negentig was iedereen bijvoorbeeld ook sceptisch over de kopertechnologie. Nu hebben veel fabrikanten de aluminiumdraadjes tussen twee onderdelen op een chip vervangen door koperdraadjes. Indertijd was de stap naar koper heel groot, nu is het algemeen geaccepteerd.”

Bij Dimes werken onderzoekers ook met een germanium-siliciumlaag vanwege de hogere bewegingssnelheid van de elektronen. Voorhoogfrequente schakelingen in mobiele telefoons is snelheid namelijk erg belangrijk. ,,We gebruiken maar een paar transistoren voor het ontvangen van signalen.” Dus heeft zijn groep minder last van de defecten omdat er geen extreem hoge integratie nodig is.