Wetenschappers hebben de kleinste transistor ter wereld gemaakt. Deze transistor is slechts een nanometer groot.

Transistors worden gebruikt om elektronische signalen te versterken of te schakelen. Kort na de Tweede Wereldoorlog waren transistors nog flinke apparaten, maar ze werden de decennia daarna alsmaar kleiner. In 1971 waren transistors tien micrometer groot, eind jaren tachtig doken ingenieurs voor het eerst onder de micrometer en sinds 2014 wordt er op een schaal van 14 nanometer chips geproduceerd. Een doorbraak vond plaats in 2010, toen onderzoekers met quantum dots een transistor van zeven atomen produceerden.

nano2En nu is daar de volgende doorbraak: een transistor van een nanometer. De huidige ondergrens van vijf nanometer kan dus nog verder naar beneden. De transistor is een schakelaar met een gate van één nanometer. Dit is piepklein. Wist je dat de haar van een mens 80.000 tot 100.000 nanometer dik is?

Normale transistors zijn gemaakt van silicium (en zijn ook veel groter), maar dit geldt niet voor de piepkleine nanotransistor. Deze is gemaakt van minuscule koolstofbuizen in combinatie met molybdeendisulfide, wat weer een verbinding is van zwavel en molybdeen. Molybdeendisulfide is een poederig smeermiddel, dat o.a. op kogels wordt aangebracht. Hierdoor glijden ze beter door de loop.

Maar waarom molybdeendisulfide en niet silicum? Bij een te korte silicium transistorgate – korter dan vijf nanometer – treedt het zogenoemde tunneleffect op. Elektronen springen dan willekeurig van een transistor naar de andere. Ook zijn er lekstromen. Dit geldt niet voor de extreem korte gate van molybdeendisulfide. Het materiaal remt elektronen, waardoor een transistor grip krijgt op een signaal.

Wet van Moore gaat door
De Wet van Moore ken je vast wel. Oprichter Gordon Moore van Intel voorspelde in 1965 dat het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling iedere twee jaar zou verdubbelen. De wet geldt nog steeds, maar wetenschappers verwachten dat er binnenkort een eind aan komt, omdat bepaalde elementen – zoals transistors – niet verder verkleind kunnen worden. We worden gehinderd door fundamentele fysische barrières. De onderzoekers laten nu zien dat er toch weer een stap gemaakt kan worden door van silicium af te stappen.

Overigens een kleine kanttekening: de gate is alleen één nanometer wanneer de transistor aan staat. Wanneer de transistor uit staat, is de gate vier nanometer lang.

Van proof-of-concept naar massaproductie
Het gaat nog wel even duren voor we één nanometer grote transistors in onze elektronische apparaten terugzien. “Het is een proof-of-concept”, zegt Ali Javey van de Universiteit van Californië in Berkeley. “We hebben deze transistors nog niet op een chip gebakken en hebben nog geen miljarden transistors geproduceerd.” Het paper is in ieder geval een mooi begin.