Nieuwe isolatietechniek kan bijdragen aan nog krachtigere, kleinere chips

De wetenschappers van de KU Leuven maken bij deze methode gebruik van metaal-organische roosters, een nieuw type van materialen met gestructureerde poriën op nanoschaal. Voor de verdere ontwikkeling ontvangt het onderzoeksteam een ERC Proof of Concept grant.

Chips worden steeds kleiner en hun rekenkracht neemt toe. Met deze verkleining komen ook obstakels, zo verbruikt een chip meer energie om signalen te sturen doordat er meer weerstand ontstaat vanwege de dichte opeenpakking van schakelaars en draden. Om de chip goed te laten functioneren is een isolerende stof nodig die de draden van elkaar scheidt en ervoor zorgt dat de elektrische signalen niet verstoord raken. Op nanometerschaal is dat echter een moeilijke opgave.

Nonoporeuze kristallen

Een studie onder leiding van KU Leuven-professor Rob Ameloot (Departement Microbiële en Moleculaire Systemen) toont aan dat een nieuwe techniek de oplossing kan bieden. ‘Als isolerende stof gebruiken we metaal-organische roosters (Metal-Organic Frameworks of MOFs). Dat zijn materialen die bestaan uit metaalionen en organische moleculen. Het vormt een kristal dat poreus is maar tegelijkertijd stevig.’

Een onderzoeksteam van KU Leuven en imec is er voor het eerst in geslaagd om de MOF-isolatie toe te passen op elektronisch materiaal. Ze gebruiken daarvoor een industriële methode, genaamd dampfasedepositie, zegt postdoctoraal onderzoeker Mikhail Krishtab (Departement Microbiële en Moleculaire Systemen). ‘We plaatsen eerst een oxidelaag op het oppervlak, waarna we die laten reageren met damp van het organisch materiaal. Door die reactie zet het materiaal zich uit en worden de nanoporeuze kristallen gevormd.’

‘Het grote voordeel van deze methode is dat ze bottom-up werkt’, aldus Krishtab. “‘We brengen eerst de oxidefilm aan en die zwelt vervolgens op tot een zeer poreus MOF-materiaal. Vergelijk het met een soufflé die uitzet in de oven en erg luchtig wordt. Het MOF-materiaal vormt een poreuze structuur en vult alle ruimtes tussen de geleiders. Zo weten we dat de isolatie compleet en homogeen is. Bij andere methodes die top-down werken, kunnen er altijd nog kleine lacunes in de isolatie zijn.’

Lees de volledige studie hier.