Paul van Gerven
17 September 2010

Amerikaanse onderzoekers hebben Not-poorten in siliciumcarbide gekerfd die bestand zijn tegen temperaturen van 500 graden Celsius. De transistoren in hun circuits schakelen niet elektronisch, maar mechanisch: een nanoscopische cantilever kan onder invloed van de gatespanning al dan niet contact maken met de afvoer. Alleen als er fysiek contact is, laat de transistor een stroom door. Twee van zulke devices vormen samen een Not-poort.

Bij een spanning tussen het balkje en de gate (het ’been‘ in het midden), maakt het balkje contact met de drain (de puntige structuur links), maar niet met de gate zelf.

Hitte doet overgangen in transistoren degraderen en thermisch geëxciteerde elektronen sturen hun functioneren in de war. Omdat siliciumcarbide (SiC) beter bestand is tegen hoge temperaturen dan silicium en het meer energie kost om elektronen in dit materiaal te exciteren, is SiC geschikter voor elektronica die bij hoge temperaturen moet functioneren. SiC-chips zijn echter groot, langzaam en vreten energie.

De vondst van Case Western Reserve University-onderzoekers biedt misschien uitkomst. Zij coatten een standaard silicium wafer met een 400 nanometer dikke laag SiC en gebruikten e-beamlithografie om daar simpele schakelaars in aan te brengen, bestaande uit twee elektroden (bron en afvoer) en een cantilever. Door een laagje siliciumoxide tussen silicium en SiC weg te etsen, kreeg de cantilever bewegingsvrijheid. Als er een spanning wordt aangebracht tussen gate en bron, trekt een elektrostatische kracht het balkje naar de afvoer en sluit de stroomlus zich.

Het nano-elektromechanische systeempje (Nems) functioneert bij kamertemperatuur, een frequentie van 500 kilohertz en een spanning van 6 volt en kent een levensduur van zo‘n 21 miljard schakelcycli. Bij 500 graden Celsius is dat nog maar 2 miljard, maar het onderzoeksteam ziet mogelijkheden om dat aanzienlijk te verbeteren, schrijft het in Science.