17 feb. 1999
2 minuten
Wetenschappers van onderzoeksinstituut Mesa+ van de Universiteit Twente hebben samen met het bedrijf SolMateS een nieuw type transistor ontwikkeld om het energieverbruik van microchips te verlagen. Het basiselement van hedendaagse elektronica, de transistor, heeft last van een aanzienlijke lekstroom. Door de transistor te omhullen met een schilletje van een piëzo-elektrisch materiaal, een materiaal dat vervormt als er spanning op staat, wisten de onderzoekers deze lekstroom met een factor vijf te verlagen (vergeleken met een transistor zonder dat materiaal).
Lekstroom in transistoren is een van de oorzaken van het leegraken van de accu’s van draagbare elektronica, zoals smartphones en laptops. Met het nieuwe type transistor kan of de lekstroom(terwijl de transistor dus niet actief is), óf het energieverbruik (terwijl de transistor actief is) worden aangepakt. In het laatste geval is naar schatting een winst rond de tien procent in energieverbruik te behalen.
Slim knijpen
De truc schuilt in een piëzo-elektrisch materiaal dat aan de buitenkanten van de transistor wordt aangebracht. Dat materiaal zet uit als je er spanning op zet en drukt het silicium in de transistor samen met een druk van ongeveer 10 000 atmosfeer. Deze hoge druk zorgt er voor dat elektronen sneller door de transistor stromen. Door ‘slim in de transistor te knijpen’ kun je microchips dus efficiënter maken.
Ook de huidige transistoren worden overigens al onder hoge druk gezet om de efficiëntie te verbeteren. Hierbij is de druk echter permanent ingebakken, wat de lekstroom weer verhoogt. In het prototype van de UT wordt de transistor alleen onder druk gezet als dat nodig is en dat scheelt aanzienlijk. Daarmee wordt de elektrische spanning, nodig om de transistor te laten schakelen van aan naar uit, gedeeltelijk vervangen door mechanische spanning.
Grofstoffelijk
Volgens dr.ir. Ray Hueting van de vakgroep Halfgeleidercomponenten gaat het om een eerste prototype dat al een energiebesparing kan opleveren. "Het ontwerp is nog redelijk grofstoffelijk. Het ligt dus voor de hand dat bij doorontwikkeling van de transistor nog een belangrijke efficiëntieslag kan worden gemaakt."
Het werkingsprincipe van deze transistor was in 2013 theoretisch voorspeld door dezelfde onderzoeksgroep. Maar dat de transistor een succes zou zijn, stond van tevoren bij lange na niet vast. Reden hiervoor is dat piëzo-elektrische materialen en silicium (waarvan transistoren worden gemaakt) moeilijk te combineren zijn. De onderzoekers hebben dit opgelost door tussen beide materialen een bufferlaag aan te brengen.
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door Buket Kaleli, Ray Hueting en Rob Wolters van de Universiteit Twente. Medewerkers van SolMateS, een spin-off bedrijf van de Universiteit Twente, brachten de piëzo-elektrische laag op de transistor aan. Het onderzoek is financieel mede mogelijk gemaakt door Technologiestichting STW.
Het artikel, waarin het prototype van de transistor wordt gepresenteerd, verschijnt in het juninummer van het wetenschappelijke tijdschrift Transactions on Electron Devices, toonaangevend op het gebied van transistoronderzoek.
Anderen lazen ook
