[PWC-MEDIA] FOM-persbericht: Artificiële diamantstructuur in kristallijn silicium blijkt halfgeleider voor licht- Optische computer komt een stap dichterbij
- From: Info FOM <info@xxxxxx>
- To: undisclosed-recipients:;
- Date: Thu, 3 Nov 2011 12:03:15 +0100
Artificiële diamantstructuur in kristallijn silicium blijkt halfgeleider
voor licht
Optische computer komt een stap dichterbij
Onderzoekers van de Stichting FOM, het MESA+ Instituut aan de Universiteit
Twente, Philips en ASML ontwierpen een geheel nieuwe methode voor het
fabriceren van 3D structuren in silicium, die functioneren als
halfgeleider voor licht. Zij publiceren hun resultaten zeer binnenkort in
twee toonaangevende tijdschriften. Het gebruik van standaardapparatuur
maakt de integratie van elektronica met deze driedimensionale structuren
in siliciumchips mogelijk. Dat is van groot belang wanneer voor toepassing
in een toekomstige optische computer.
Eén manier om computers nog veel sneller te maken is door het maken van
driedimensionale computerchips. De huidige gebruikte technologie voor het
maken van computerchips is niet erg geschikt voor het maken van
driedimensionale ruimtelijke structuren. De structuren op een chip worden
laag voor laag opgebouwd, waardoor het maken van een uitgebreide structuur
een tijdrovende en dure klus is. In twee artikelen in de tijdschriften
'Advanced Functional Materials' en 'Journal of Vacuum Science and
Technoloy' beschrijven oud-FOM onderzoekers Johanna van den Broek, Willem
Tjerkstra, Léon Woldering en Willem Vos met hun collega's hoe zij in
kristallijn silicium een driedimensionale structuur maken die bestaat uit
een rechthoekig regelmatig patroon van poriën die elkaar loodrecht
kruisen. De poriën vormen een diamantstructuur die zich blijkt te gedragen
als een halfgeleider voor licht: een fotonisch kristal (zie figuur 1).
Optische computer
Er is een intrigerende analogie tussen kristallijn silicium en diamant en
de nieuwe artificiële diamantstructuur: kristallijn silicium en diamant
hebben een verboden energieband waardoor elektronen met deze energieën
niet door het kristal kunnen reizen (de band gap). Deze verboden
energieband vormt de basis van de werking van halfgeleiders, waarmee
stroom wordt geschakeld in chips. Analoog blijkt de nieuwe artificiële
diamantstructuur zich als een kristal voor licht te gedragen, een
'fotonisch kristal', en een verboden energieband voor licht te hebben.
Fotonische kristallen reflecteren daarom in theorie bijna 100% van licht
met golflengten in de verboden band.
De beschikbaarheid van driedimensionale fotonische kristallen met een
bandkloof maakt het mogelijk om fotonen op een ultieme manier te sturen en
zelfs op te sluiten. De hoge reflectie van de structuren kan worden
gebruikt om een 'kooi voor licht' in een fotonisch kristal te maken. In
zo’n kooi blijft het licht tussen de wanden van het kamertje heen en weer
‘stuiteren’ totdat het weer uit de kooi kan ontsnappen, liefst na een
'druk op de knop'. Op deze manier is het mogelijk optische, in plaats van
elektronische, bits te beheersen, waardoor de optische computer een stap
dichterbij is. Een optische computer kan veel meer data tegelijk bewerken
dan een conventionele computer. Omdat ook optische computers elektronische
componenten bevatten is het belangrijk dat de nieuwe fabricagemethode
geheel compatibel is met de methodes in de chipindustrie, zodat
elektronische- en fotonische componenten eenvoudig samen op één chip
gefabriceerd kunnen worden.
Dit onderzoek is ondersteund door NanoNed/STW, Stichting FOM en NWO.
Bijschrift bij figuur 3: Model van een diamantstructuur gesuperponeerd op
de artificiële diamantstructuur (als in figuur 1). De rode bolletjes geven
de atomen in het kristalrooster van diamant of silicium weer; de grijze
staafjes representeren de bindingen tussen de atomen. De overeenkomsten
tussen het diamantrooster en de artificiële structuur zijn duidelijk te
zien.
Referenties
[1] J.M. van den Broek, L.A. Woldering, R.W. Tjerkstra, F.B. Segerink,
I.D. Setija, and W.L. Vos, Inverse woodpile photonic band gap crystals
with a cubic diamond-like structure made from single crystalline silicon,
Advanced Functional Materials
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201101101/abstract
[2] R.W. Tjerkstra, L.A. Woldering, J.M. van den Broek, F. Roozeboom, I.D.
Setija, and W.L. Vos, A method to pattern etch masks in two inclined
planes for three-dimensional nano- and microfabrication, Journal of Vacuum
Science and Technology B (binnenkort online)
Meer informatie
Figuren, bijschriften en de Engelse versie van het persbericht: zie
bijgevoegde bestanden.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
dr. Willem Tjerkstra, r.w.tjerkstra@xxxxxxxxxxxxxxxxxx
of prof.dr. Willem Vos, w.l.vos@xxxxxxxxxx
op telefoonnummer (053) 489 53 90
Bijlage: Meer details over het proces
De onderzoekers maakten de driedimensionale nanostructuren door middel van
een innovatief proces in twee stappen. Eerst maakten zij gebruik van
ASML's geavanceerde diep-UV lithografie: een gigantische camera
projecteerde met behulp van UV-licht de rechthoekige poriestructuur op een
laagje fotoresist. Hierdoor ontstond een masker met miljoenen minuscule
gaatjes. Vervolgens etsten zij met een plasma -etsproces uit de
chipsindustrie zeer diepe nanoporiën in een silicium plak, ook wel
silicium wafer genoemd. Het resultaat daarvan is te zien in figuur 2.
De tweede stap is cruciaal: op de dunne zijkant van de wafer brachten zij
met extreem grote nauwkeurigheid een tweede masker aan en vervolgens
maakten ze met een zeer ongebruikelijke methode hetzelfde gaatjespatroon
als in de eerste stap in het masker. De uitdaging zat in de eis dat het
patroon op het masker maximaal 30 miljoenste millimeter (30 nanometer) en
0.5º afwijken ten opzichte van de optimale positie en hoek. Dit omdat zo
na het etsen de gewenste diamantachtige structuur ontstaat. Het patroon
brachten zij aan met standaardapparatuur uit de chipsindustrie. De tweede
set poriën is op dezelfde manier geëtst als de eerste set. Het gebruik van
standaard apparatuur maakt de integratie van elektronica met de
driedimensionale structuren gemaakt met deze nieuwe methode in
siliciumchips mogelijk.
De poriën in de nieuwe driedimensionale structuur vormen een
diamantstructuur, dezelfde als de koolstofatomen in de bekende edelsteen
diamant of als de siliciumatomen in kristallijn silicium (zie figuur 3).
De nieuwe structuur is ongeveer tweeduizend keer uitvergroot ten opzichte
van een diamantkristal. Om zeker te zijn van hun succes hebben de
onderzoekers een aantal van hun structuren opgeofferd door deze
voorzichtig te openen, zodat de diamantstructuur nauwkeurig kon worden
geanalyseerd op poriediepte, -diameter, -vorm en uitlijning. Dit
bevestigde dat de structuur inderdaad in de wafer is gevormd zoals
weergegeven door de stippellijnen in figuur 1.
Optische reflectiemetingen als in figuur 4 bevestigen dat de nieuwe
diamantstructuren zich als zeer goede fotonische kristallen gedragen. De
ruwheid aan het oppervlak en de dikte van het kristal beperken nu de
maximale reflectiviteit. De brede verboden banden bevinden zich bij
infrarode golflengtes die worden gebruikt in de telecommunicatie industrie
(1330 en 1550 nm).
Als u geen prijs stelt op de persberichten van de Stichting FOM en u wilt
uit het adressenbestand verwijderd worden, stuur dan een mail met uw
gegevens naar info@xxxxxxx
Follow us on Twitter! www.twitter.com/StichtingFOM
Public Information Office | Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der
Materie (FOM) | Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM) | PO
Box 3021 - 3502 GA Utrecht - The Netherlands | Van Vollenhovenlaan 659 -
3527 JP Utrecht - The Netherlands | t: +31 (0)30 600 12 11 | f: +31 (0)30
601 44 06 | e: info@xxxxxx| w: http://www.fom.nl | Think before you print!
The Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM) is part of the
Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO).
Other related posts:
- » [PWC-MEDIA] FOM-persbericht: Artificiële diamantstructuur in kristallijn silicium blijkt halfgeleider voor licht- Optische computer komt een stap dichterbij - Info FOM
