’Opgerekt’ silicium schakelt sneller

Op een standaard siliciumplakje hebben de wetenschappers van IBM nu een dun laagje SiGe aangebracht. Hierdoor worden de silicium-moleculen aan de bovenzijde van de chip iets uit elkaar getrokken, om aan te kunnen sluiten op het kristalrooster van het siliciumgermanium. Populair gezegd: de chip wordt iets opgerekt. Mobiliteit Doordat de afstand tussen de individuele siliciumatomen in de chip wordt vergroot, ontstaat een grotere mobiliteit van de elektronen. Dat wil zeggen dat een uit silicium opgebouwde transistor sneller kan schakelen, waardoor de hele chip sneller kan werken. Voorheen moest de IC-industrie steeds zijn toevlucht nemen tot het verder verkleinen van de transistors om ze sneller te kunnen laten werken. IBM heeft voorlopig alleen nog prototypes van de nieuwe chips beschikbaar. Wel wordt er alles aan gedaan om de techniek zo snel mogelijk om te vormen tot gerede componenten. “Het is altijd een hele uitdaging om een product vanuit het laboratorium naar de markt te brengen”, zegt Bijan Davari, vice-president halfgeleiderontwikkeling bij IBM. “Daarbij willen we ons ook niet blindstaren op een enkele techniek. De toepassing van SiGe gaan we combineren met andere technieken zoals koperen bedrading op de chip en het opdampen van schakelingen op een isolerend glasplaatje”, aldus Davari. Door diverse technieken met elkaar te combineren kunnen chips nog sneller worden gemaakt. Het plan van IBM voorziet nu in een officiële introductie van de ‘strained silicon’-chips in 2003. De laboratoria van IBM hebben in de afgelopen vier jaar al vijf keer een nieuwe techniek voor het verbeteren van de performance van halfgeleiders uitgedacht. De technieken kunnen niet alleen worden gebruikt voor het verhogen van de werkingssnelheid van de schakelingen, er ontstaan ook mogelijkheden om de onderdelen op een lagere spanning te laten werken. Dat laatste is van zeer groot belang voor draagbare apparatuur. De accu’s worden dan zo min mogelijk belast, zodat er langer gewerkt kan worden. Kleiner De wetenschappers die in dienst zijn van Intel, zoeken juist wel naar manieren om de onderdelen van chips steeds kleiner te maken. De afmetingen van een schakelaar zijn zo al verkleind tot 20 nanometer. Een schakelaar die zo klein is, kan zeer snel in een andere stand worden gezet. Proeven hebben al laten zien dat zo’n microscopische schakelaar duizend keer zo snel is als een transistor in een huidige Pentium-chip. Intel heeft berekend dat een processor met een klokfrequentie van 20 GHz binnen afzienbare tijd gemaakt kan worden. Daarbij gaat de firma uit van het jaar 2007. Tegen die tijd bevatten de chips ook veel meer schakelingen dan nu. Een Pentium 4 heeft meer dan 42 miljoen transistors aan boord. Processors van de toekomstige generatie zullen er ongeveer 1 miljard hebben. Om dergelijke kleine details op silicium te etsen, moet gebruik worden gemaakt van licht met een zeer korte golflengte. Dit staat bekend als EUV, ofwel Extreme Ultra Violet. Dit is straling die wat de frequentie betreft in de buurt komt van röntgenstraling. Volgens Gerry Marcyk, hoofd van de ontwikkelingslabs van Intel, betekent de nieuwe ontdekking dat de Wet van Moore nog minstens een jaar of tien geldig blijft. Moore, een van de oprichters van Intel, heeft ooit gezegd dat de capaciteit van processors iedere anderhalf jaar dubbel zo groot is. Deze uitspraak is, hoewel zij niet altijd waar bleek, verheven tot wetmatigheid. In het verleden is al diverse malen gesteld dat de Wet van Moore zijn langste tijd had, omdat de chipmakers aanlopen tegen fysieke beperkingen. “Maar”, zegt Marcyk, “we vinden ook steeds weer een oplossing voor die problemen.”