Ads Top

Hard knijpen in transistor geeft energiebesparing

De transistor, het werkpaard van de elektronica, heeft last van lekstroom. Dit leidt tot onnodig energieverlies, waardoor bijvoorbeeld een smartphone of een laptop vaker aan de oplader moet. Tom van Hemert en Ray Hueting van het MESA+ instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente tonen aan dat deze lekstroom drastisch kan worden teruggedrongen door in de transistor te ‘knijpen’ met zogeheten piëzo-elektrisch materiaal, materiaal dat uitzet of krimpt wanneer er een elektrische spanning over wordt aangebracht. Hiermee wordt de theoretische limiet voor lekstroom doorbroken. Van Hemert promoveert op 6 december.

Wanneer silicium wordt samengeknepen verandert dit de bewegingsvrijheid van een elektron binnenin dat materiaal. Zodoende kan stroom harder, of minder hard gaan lopen. Het is als een tuinslang waar minder water uit komt als je erop gaat staan. Maar merkwaardig genoeg neemt de elektronenstroom in silicium juist toe wanneer het materiaal wordt samengeperst.

In moderne microchips staan alle transistoren continu onder hoge druk, tot wel 10,000 atmosfeer. In het fabricageproces wordt deze druk hard ingebakken door transistoren te omgeven door drukkende materialen. Daardoor kan de chip sneller rekenen, maar loopt er ook meer lekstroom. Door de toepassing van het piezo-elektrisch materiaal in de transistor wordt deze alleen onder druk gezet wanneer het nodig is. En dat kan aanzienlijk schelen in het energieverbruik.

Om dit idee van Ray Hueting uit te werken was het voor promovendus Van Hemert nodig de theorieën van mechanische vervorming te verbinden met de quantummechanica die het elektrisch gedrag van een transistor beschrijft. Uit de berekeningen volgt dat de ‘tuinslangtransistor’ veel beter schakelt van uit naar aan. Volgens de klassieke theoretische limiet heeft een transistor minstens 60 millivolt nodig om tien keer meer stroom te geleiden. De piëzo-elektrische transistor gebruikt maar 50 millivolt. Daardoor kan ofwel de lekstroom worden verminderd, ofwel meer stroom worden gevoerd in de aan-toestand. In beide gevallen kunnen de prestaties van moderne microchips omhoog; in het bijzonder is het energieverbruik van chips hiermee te verminderen.


Geen opmerkingen:

Mogelijk gemaakt door Blogger.