Skip to ContentSkip to Navigation
Onderdeel van Rijksuniversiteit Groningen
Science LinXScience LinX nieuws

De terugkeer van germanium transistoren

28 februari 2017

In de beginjaren van het onderzoek naar halfgeleider elektronica gebruikten wetenschappers vooral germanium. Maar dit was nogal duur, dus verschoof de aandacht naar silicium. Nu heeft RUG-promovendus Bettadahalli Nandishaiah Madhushankar germanium in een nieuwe vorm doen herleven. Hij gebruikte dunne schilfers germanaan, het tweedimensionale gehydrogeneerde analoog van germanium, om een transistor van te bouwen.

Elektronica wordt steeds kleiner, maar om dat vol te houden zijn nieuwe technieken nodig. Een daarvan is het gebruik van tweedimensionale (2D) materialen. De bekendste vertegenwoordiger daarvan is grafeen, een 2D versie van grafiet. Omdat de elektronische eigenschappen van germanium zo goed zijn (daarom werd dit element in eerst instantie gebruikte in het onderzoek van halgeleiders) probeerden wetenschappers er een 2D versie, germaneen, van te maken. ‘Maar dat was geen succes, het materiaal bleek niet erg stabiel’, legt Madhushankar uit.

Bettadahalli Nandishaiah Madhushankar | Foto Science LinX
Bettadahalli Nandishaiah Madhushankar | Foto Science LinX

Het bleek echter mogelijk germaneen te ‘versterken’ door waterstof atomen aan beide kanten van de laag toe te voegen via een chemisch proces. Het resultaat heet germanaan en dat bleek wel stabiel te zijn. Madhushankar kreeg dit germanaan van collega’s aan de Griekse universiteit van Ioannina en haalde er dunne schilfers vanaf met behulp van de klassieke ‘plakbandmethode’.

Die dunne schilfers plaatste hij op silicium, met gouden elektroden op de schilfers zodat hij een stroom door het germanaan kon sturen. Door een spanning op het silicium te zetten creëerde hij een ‘gate’ stuurstroom die de stroom door het germanaan controleert. Het resultaat was een germanaan transistor, iets wat nog niet eerder was gemaakt. Interessant, aldus Madhushankar, want de theorie voorspelt dat ladingen in germanaan vijf keer sneller bewegen dan in germanium, dus dat je er veel sneller werkende schakelingen mee kunt maken.

Zonnepanelen

De metingen die Madhushankar deed met het germanaan laten zien dat het uitstekende elektronische eigenschappen heeft, al lijkt de plaatsing van de elektroden het materiaal wel te beïnvloeden. ‘We zoeken nog uit hoe dit komt.’ Verder blijkt de beweeglijkheid van de elektronen bij lage temperaturen (77 graden Kelvin, -196 graden Celsius) hoger dan bij kamertemperatuur. ‘Dus we kunnen de eigenschappen nog verbeteren.’ Een voordeel van germanaan ten opzichte van silicium is dat er een stroom ontstaat (of versterkt wordt) wanneer je er licht op laat vallen. Het is dus te gebruiken in zonnepanelen ,al ligt een toepassing als lichtsensor meer voor de hand.

Met de klok mee: germanaan, schilfer germanaan met gouden elektrodne (2 x) en hoogteprofiel langs de rode lijn van C.
Met de klok mee: germanaan, schilfer germanaan met gouden elektrodne (2 x) en hoogteprofiel langs de rode lijn van C.

De eerste resultaten met het germanaan zijn gepubliceerd in het tijdschrift 2D Materials van 1 februari. Madhushankar schreef dit artikel samen met postdoc Alexey Kaverzin, zijn promotor Bart van Wees en drie andere RUG-hoogleraren (Petra Rudolf, Graham Blake en Caspar van der Wal). Wetenschappers uit de groep van prof. Dimitrios Gournis van de universiteit van Ionannina in Griekenland maakten het germanaan.

Madhushankar gaat inmiddels door met het onderzoek naar dit nieuwe materiaal. ‘Ik wil weten waarom de gouden contacten de elektronische eigenschappen beïnvloeden en ik ga meer optisch onderzoek doen. Ook zou ik germanaan nog willen combineren met andere 2D materialen door ze te stapelen. Dat kan weer heel nieuwe eigenschappen opleveren.’

Referentie: B N Madhushankar, A Kaverzin, T Giousis, G Pots, D Gournis, P Rudolf, G R Blake, C H van der Wal and B J van Wees: Electronic properties of germanane field-effect transistors, 2D Materials, Volume 4, Number 2, 1 February.

Laatst gewijzigd:01 maart 2017 11:47

Meer nieuws

  • 12 november 2018

    Symposium 'Gaswinning, aardbevingen en wat nu?' op 15 november a.s.

    Het Groninger Universiteitsfonds (GUF) bestaat dit jaar 125 jaar. Tijdens een speciaal symposium met de titel ‘Gaswinning, aardbevingen en wat nu?’ op donderdag 15 november 2018, wordt daarom de 'Ubbo Emmiuspenning voor bijzondere maatschappelijke verdiensten'...

  • 06 november 2018

    Groningen blijft in trek bij Nederlandse en internationale studenten

    De Rijksuniversiteit Groningen telt per 1 november 2018 31.115 studenten met een ‘actieve eerste inschrijving’ voor een bachelor of masteropleiding. Dit is een stijging van 4,6% ten opzichte van 2017.Het totale aantal studenten dat ingeschreven is aan...

  • 16 oktober 2018

    Digital Society Conferentie Nederlandse universiteiten

    De digitale informatietechnologie dringt steeds dieper door in onze samenleving. Daarom organiseren de veertien Nederlandse universiteiten, verenigd in de VSNU, op dinsdag 27 november de internationale Digital Society Conference in de Rijtuigenloods...