Egbert-Jan Sol

17 March 2006

Herinnert u zich nog de bouw van de submicronchipfabriek van Philips Semiconductors in Nijmegen? Daar zouden transistoren een lijnbreedte krijgen van minder dan een micrometer. Dat was ongehoord ambitieus in de jaren tachtig. We spraken toen van de micro-elektronicarevolutie nadat in de jaren zestig in de Bay Area transistoren op een integrated circuit (IC) waren samengebracht middels een lithografieproces. De fabriek in Nijmegen kwam er. De vooruitgang is sindsdien ongekend snel gegaan. Van submicrometer via 436, 365, 248 nanometer naar 193, 130, 90, 65 nm liggen lijnbreedtes van 45 en 32 nm in het verschiet. Nu, twintig jaar later, praten we niet meer over micro-elektronica. Het nieuwste modewoord is nano-elektronica. Zelfs universiteiten leiden versneld groepen studenten op tot nanowetenschapper en nano-ingenieur. En binnen TNO surfen we al de toekomst in naar 22 en 16 nm.

Productie- en meetapparatuur mag niet te veel driften in de tijd. Je wilt subnanostabiliteit kunnen realiseren. Dan praat je gemakkelijk over picoprecisie. Een beetje grootheidswaanzin, oeps, kleinheidswaanzin. Het zijn reuzenstappen van centimeters via milli-, micro-, nano- en nu, net achter de horizon, picometers. Dat is vier maal een stap van een factor duizend. Hoe is het eigenlijk ooit zo gekomen?

De kostprijs van een product wordt bepaald door afschrijvingen (ontwerp- en aanschafkosten van productieapparatuur) en de prijs van materialen (grondstoffen, halffabrikaten en verbruiksgoederen). Ontwerp- en productieapparatuur schrijf je over enige tijd af. Uiteindelijk blijven dan alleen de materiaalkosten over. Wil je iets goedkoper maken, dan moet het kleiner. Dat deed Moore in de jaren zestig concluderen dat het aantal transistoren in een IC iedere achttien maanden verdubbelt bij gelijke kostprijs door naar steeds kleinere lijnbreedte te gaan. Vandaag de dag mag je dat patroon ook omschrijven door te stellen dat de omvang van een intelligent device met de processingkracht van een pc en voor de prijs van duizend euro steeds kleiner wordt. Van een kubieke meter, via een liter, naar een kubieke inch tot in 2025 naar punaisegrootte.

Als je goed nadenkt, dan weet je dat dit proces de komende decennia niet zal stoppen. Sterker nog: de natuur is ons nog zeker honderd jaar voor en wijst ons de weg door heel veel intelligentie in een klein bouwvolume van kubieke millimeters en zelfs cellen van kubieke microns te realiseren middels het programmeren met DNA van polymeerketens. Wij manipuleren nu nog siliciumatomen in kristalroosters. Bij polymeerelektronica sleutelen we aan polymeerketens om elektronen losser te maken. Plastics kunnen dan als (half)geleider optreden. Genetische engineering is vandaag de dag nog te vergelijken met de alchemie van vroeger. Maar uiteindelijk, mijn inschatting is rond 2100, zullen wij op industriële schaal polymeerketens programmeren. De wet van Moore voor silicium en de wereld van het lithografieproces van siliciumatomen zal dan zijn verdrongen door zelfprogrammerende polymeren, maar het principe blijft overeind. Moore‘s law maakt dat we nog decennia een hele interessante tijd tegemoet gaan.

Tijdens het Bits&Chips-congres op 12 april wordt dat een onderwerp van discussie. Net zoals het stenen tijdperk niet eindigde omdat er geen stenen meer waren, zo zal het siliciumtijdperk niet eindigen omdat het zand op is. Maar laten wij een subnanofabriek in Nijmegen en de polymerendroom nog maar even uitstellen. Het jaar 2100 is nog ver weg. Voorlopig functioneert silicium nog heel goed en is EUV voor 45 en 32 nanometer nog een hele klus.