Silicium wordt toch moe

Experimenten aan het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben aangetoond dat silicium aan metaalmoeheid onderhevig is. Dat is opmerkelijk, want tot nu toe werd aangenomen dat het materiaal daar immuun voor is. Verscheidende testen onderschreven deze theorie. De Amerikaanse onderzoekers lieten echter zien dat silicium op microscopisch niveau wel degelijk scheurt wanneer het wordt blootgesteld aan een cyclisch krachtenspel. Dit resultaat heeft belangrijke consequenties voor het ontwerp van micro-elektromechanische systemen (Mems).

Recent Mems-onderzoek zette het NIST aan het denken. Er bleken namelijk scheuren te ontstaan in Mems-elementen, zoals microscopische kleine tandwieltjes. Er deden daarvoor twee verklaringen de ronde. De ene theorie ging uit van corrosie, een chemisch effect. De andere houdt frictie verantwoordelijk.

De Amerikanen voerden twee experimenten uit. In de eerste drukten ze een drie millimeter grote bol van wolfraamcarbide met constante druk op een plakje kristallijn silicium. Dit bleek na enkele dagen geen spoor van scheurtjes op te leveren, waardoor de corrosietheorie niet erg waarschijnlijk lijkt. Wanneer dezelfde test echter bij de helft van de belasting werd herhaald met een cyclische krachtvariatie, ontstonden wel defecten. De onderzoekers concludeerden hieruit dat de oorzaak mechanisch is.