Buckybuizen bedraden nieuwe generatie chips

Herbert Blankesteijn

Bij de scheikundeles op de middelbare school van Beet mochten de leerlingen soms met een soort bouwdozen molecuulmodellen bouwen. Een melige klasgenoot die meer van sport hield dan van chemie, knutselde op een dag gniffelend van koolstofatomen een voetbal in elkaar. Deze zelfbedachte chemische stof werd door klas 4b voetballium gedoopt. Het was 1973.

Elf jaar later, in 1985, werd Buckminsterfullerene ontdekt, een chemische stof waarvan de moleculen bestaan uit 60 koolstofatomen in het patroon van de lappen leer van een voetbal. De ontdekker, Smalley, Curl en Kroto, kregen er in 1996 de Nobelprijs voor. Al snel werd de term buckyballs bedacht. Het was een mer á boire: zo waren er ook rugbyballen, ze rolden dus je kon er smeermiddel van maken, en ze konden supergeleidend worden.

In 1990 bedacht Smalley dat koolstofatomen in een zeshoekpatroon ook de wand van een eindeloze buis konden vormen. Deze buisjes bleken al in 1970 ontdekt te zijn door de Japanner Morinobu Endo. Ook deze buckytubes (in het Nederlands bekken ze beter als 'buckybuizen') zijn veelzijdig gebleken. Zo is er hoop dat ze extreem sterke vezels kunnen vormen. Daarnaast geleiden ze electriciteit - koolstof doet dat in meer vormen, zoals grafiet. De buckybuizen geleiden stroom zelfs erg goed. In de buizen kunnen de electronen (dragers van de lading en dus van de electrische stroom) namelijk alleen maar de richting van de buis volgen, terwijl ze in een metaal wanordelijker bewegen.

Iets meer dan een jaar geleden slaagde IBM er in het laboratorium in Yorktown Heights in, van nanobuizen, zoals ze ook worden genoemd, transistors te maken. Deze transistors bleken zelfs sneller te werken dan gewone siliciumtransistors - of ze werkten even goed bij een lager energiegebruik.

Dat bracht mooie vooruitzichten, want de chipfabrieken hebben moeite om met de huidige technieken chips verder te verkleinen. Binnenkort worden technieken in gebruik genomen die details van 90 nm produceren (zo'n beetje een tienduizendste mm). Een buckytube is maar 12 nm dik. De hoop is verder, dat circuits van nanobuizen aan zelfassemblage zullen doen, wat inhoudt dat ze onder slim gecreëerde omstandigheden zichzelf in elkaar zetten.

Kort geleden is door IBM een nieuwe doorbraak op dit gebied gepubliceerd in het wetenschappelijke toptijdschrift Science. Buckybuizen blijken ook licht te kunnen uitzenden. IBM-ers in Yorktown Heights hebben zo'n buisje onder stroom gezet, zij het meer gedoseerd dan bij een gloeidraad in een peertje. Aan de negatieve kant werden electronen de buckybuis ingestuurd (electronen hebben een negatieve lading.) Aan de positieve kant werden ze er uitgezogen; zo werden er 'gaten', of lege plekken waar voorheen electronen zaten, de buis ingepompt. In het midden van de nanobuis kwamen de electronen en de gaten elkaar tegen en telkens als een electron een gat opvulde werd er licht uitgezonden. Dit microscopische lampje kon worden aan- en uitgezet met een transistor, dus op een electronisch manier. De hoop is daarom dat dit licht gebruikt kan worden in plaats van een electrisch signaal in een optische chip of computer. Van dergelijke onderdelen wordt al jaren gedacht dat ze sneller en minder storingsgevoelig zullen zijn dan hun huidige soortgenoten.

IBM verwacht industriële toepassing van buckybuizen niet voor 2020. Rond die tijd zullen waarschijnlijk de conventionele chiptechnnieken niet meer te verbeteren zijn.

Afbeeldingen en animaties van de lichtgevende nanobuizen op:

http://www-916.ibm.com/press/prnews.nsf/jan/5B5B2092C0215CC985256D19006A1EF5