HomeNieuwsWondermateriaal siliceen heeft zelfmoordneigingen

Wondermateriaal siliceen heeft zelfmoordneigingen Onderzoekers UT tonen aan dat grafeen 2.0 nauwelijks te maken is

Van het nieuwe materiaal siliceen, dat veel gelijkenissen vertoont met het ‘wondermateriaal’ grafeen, werd veel verwacht voor de halfgeleiderindustrie van de toekomst. Onderzoekers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente – die onlangs voor het eerst real time en rechtstreeks de vorming van siliceen wisten te ‘filmen’ – verstoren de droom echter ruw: uit hun onderzoek blijkt dat siliceen zelfmoordneigingen heeft. Het onderzoek is gepubliceerd door het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Applied Physics Letters.

Het materiaal siliceen is in 2010 voor het eerst gecreëerd. Net als grafeen bestaat het uit een enkele laag atomen die in een honingraatpatroon zijn gerangschikt. Waar grafeen bestaat uit koolstofatomen, bestaat siliceen uit siliciumatomen.

Door hun bijzondere eigenschappen – beide materialen zijn zeer sterk, dun en flexibel en hebben een goede elektrische geleiding – lijken grafeen en siliceen erg geschikt voor de halfgeleiderindustrie van de toekomst. Onderdelen op computerchips moeten immers steeds kleiner worden en de grens van de miniaturisering van onderdelen gemaakt van silicium komt steeds dichterbij. Het materiaal siliceen lijkt een paar streepjes voor te hebben op grafeen, omdat in de halfgeleiderindustrie al sinds jaar en dag met silicium wordt gewerkt (dat net als siliceen dus uit siliciumatomen bestaat). Bovendien is het eenvoudiger om in siliceen een zogenaamde bandgap te realiseren, een vereiste voor een transistor.

Zelfmoord

Onderzoekers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente hebben voor het eerst real time en rechtstreeks de vorming van siliceen op beeld weten vast te leggen. Ze lieten verdampte siliciumatomen neerslaan op een oppervlak van zilver, zodat er een mooie, bijna gesloten, enkele laag siliceen vormde.

Tot dusver gaat het goed, maar op het moment dat bovenop de gevormde laag siliceen een bepaalde hoeveelheid  siliciumatomen terechtkomt, ontstaat er een siliciumkristal (silicium in diamantkristalstructuur in plaats van in honingraatstructuur) dat de verdere kristallisering van het materiaal in gang zet; een proces dat onomkeerbaar is. Het nieuwgevormde silicium eet vanaf dat moment als het ware het siliceen op.

De reden hiervoor is dat de reguliere kristalstructuur(diamant) van silicium energetisch gunstiger is dan de honingraatstructuur van siliceen en hierdoor stabieler is. Door deze eigenschap slaagden de onderzoekers er niet in om meer dan 97 procent van het zilveroppervlak te bedekken met siliceen en is het niet mogelijk om meerlaags siliceen te creëren. Met andere woorden: op het moment dat een oppervlak bijna helemaal bedenkt is met siliceen, pleegt het materiaal zelfmoord en ontstaat er simpel silicium. De onderzoekers verwachten niet dat het mogelijk is om op een ander oppervlak wel meerlaags siliceen te maken, omdat de invloed van het oppervlak bij de vorming van de tweede laag verwaarloosbaar is.

Video: www.vimeo.com/83659932 

Vorming van siliceen op een zilveroppervlak (grijs, begin film). Op het zilver vormen zich gaandeweg siliceeneilandjes (zwart, halverwege film). Die vallen als het oppervlak bijna volledig is bedekt weer uiteen in siliciumkristallen (zwarte puntjes in grijze gebieden, einde van de film).

Onderzoek

Het onderzoek is uitgevoerd door Adil Acun, Bene Poelsema, Harold Zandvliet en Raoul van Gastel van de vakgroep Physics of Interfaces and Nanomaterials (PIN) van het onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente. Het onderzoek is gepubliceerd door het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Applied Physics Letters. Wat de publicatie extra bijzonder maakt, is dat deze voortkomt uit het afstudeeronderzoek van Adil Acun die destijds de masteropleiding Technische Natuurkunde volgde. Inmiddels is hij werkzaam als promovendus bij de vakgroep PIN. 

Noot voor de pers

Voor meer informatie, beeldmateriaal, interviewverzoeken of een digitale versie van het artikel ‘The instability of silicene on Ag(111)’ kunt u contact opnemen met UT-wetenschapsvoorlichter Joost Bruysters (06 1048 8228).