4 maart 2013
Wereldrecord ‘nano-aardbevingen’ in silicium
Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente hebben, samen met collega's van het Paul Drude Institut in Berlijn, een goedkope en gemakkelijke manier gevonden om geluidsgolven met ultrahoge frequentie op te wekken aan het oppervlak van silicium. De aard van de golven lijkt sterk op die van aardbevingen, maar dan op nanoschaal. De Twentse onderzoekers hebben de hoogste frequenties ooit in silicium weten te realiseren. Ze hebben hun bevindingen gepubliceerd in het Amerikaanse wetenschappelijke tijdschrift Applied Physics Letters.
De opgewekte golven heten in het natuurkundige vakjargon surface acoustic waves (SAW’s). Ze werden voor het eerst verklaard door Lord Rayleigh in 1885 en het mechanisme wordt al tientallen jaren toegepast in halfgeleidersystemen, bijvoorbeeld galliumarsenide. Met behulp van een piëzo-elektrisch veld worden de golven in het oppervlak opgewekt. In silicium gaat dat lastiger dan in halfgeleiders, terwijl silicium in de microelektronica nu juist het goedkoopste en meest gebruikte materiaal is. De onderzoekers in Twente zijn er nu in geslaagd om, door het aanbrengen van een tussenlaag van zinkoxide in hun componenten, de hoogste SAW-frequenties ooit in silicium op te wekken. De golven kunnen als een soort ‘lopende band’ elektronen in het silicium opvegen en transporteren: extreem snel transport van lading, een doorbraak in het vakgebied. Deze nieuwe techniek zal toepassing kunnen vinden in het definiëren van de universele stroomstandaard, in bronnen van individuele lichtdeeltjes, in componenten op basis van spintronica en in quantuminformatietechnologie.
Het nanobeving-experiment van de Twentse onderzoekers
In afbeelding a is de interdigitale transducer (IDT) te zien waarmee de onderzoekers langs elektrische weg de oppervlaktegolven opwekken in de piëzo-elektrische toplaag. Die golven bewegen vervolgens naar rechts. Afbeelding b toont de laagsgewijs opgebouwde componenten, gemaakt met behulp van de betrekkelijk nieuwe techniek van nano-imprinting (een soort stempeltechniek). Afbeelding c toont de microscopisch kleine vingervormige elektroden van de IDT.
Het artikel ‘Ultrahigh-frequency surface acoustic wave generation for acoustic charge transport in silicon’, door Serkan Büyükköse, Boris Vratzov, Jelle van der Veen, Paulo Santos en Wilfred van der Wiel, verschijnt in Applied Physics Letters (al wel online). Het artikel kan worden toegestuurd.
MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente
Wiebe van der Veen, (06) 1218 5692
