Icon up Overzicht

Elk jaar een snellere iPhone

Onderwerp: Atoomfysica, Elektronica

Elk jaar is de nieuwste generatie smartphones en computers sneller dan die van vorig jaar. Dit komt doordat de chips in deze apparaten elke generatie sneller worden. De wet van Moore beschrijft dat de rekenkracht van chips elke 18 maanden verdubbelt [1]. In dit artikel gaan we eerst kijken naar wat de wet van Moore precies inhoudt en daarna bespreken we welke rol Nederland hierin speelt.

Een computerchip bestaat uit transistoren. Een transistor is een halfgeleidende schakelaar die een stroom aan of uit kan zetten. Door transistoren op elkaar aan te sluiten kunnen wiskundige berekeningen, zoals optellen of vermenigvuldigen, worden uitgevoerd. Op de chips in jouw laptop of smartphone zitten enkele miljarden transistoren, die het mogelijk maken om het besturingssysteem en apps te draaien.

Computers worden elk jaar sneller doordat de transistoren steeds kleiner worden. Hierdoor passen er steeds meer transistoren op één chip, zoals te zien is in figuur 1. De groei is exponentieel, wat verklaart waarom we nu zo veel meer kunnen dan tien jaar geleden en waarom ze tien jaar geleden veel meer konden dan twintig jaar geleden. 

Figuur 1: de wet van Moore geeft weer hoeveel chips er in een computer zitten. Merk op dat de verticale as exponentieel is. 

Dit artikel is geschreven door studenten die deelnemen aan het ASML Technology Scholarship. Dit is een studiebeurs voor masterstudenten in de techniek. Via Natuurkunde.nl proberen we ons enthousiasme voor de techniek over te brengen op middelbare scholieren.

De studenten die namens ASML de artikelen schrijven voor Natuurkunde.nl zijn Ole Pfeifle, Anne-Mieke Reijne, Bas van 't Hooft, Tim Hermans, Jort Jacobs en Sjoerd Loenen. 

De chip is opgebouwd uit lagen van materialen die in een bepaald patroon op elkaar liggen. Deze speciale patronen vervullen de functie van de transistor. Het is een ingewikkeld en gecompliceerd proces om de patronen te maken. Een van de bedrijven die hierin gespecialiseerd is, en tevens marktleider is, is ASML [3]. ASML is een Nederlands bedrijf en maakt de machines die deze patronen schrijven. Het is een groot bedrijf met 16.000 medewerkers [3]. Het hoofdkantoor staat in Veldhoven, maar er zijn locaties verspreid over de hele wereld.

In onderstaande video kun je zien hoe de chips geproduceerd worden. Als je meer wilt weten, kun je het blokje onder de video aanklikken.

Video 1: de productielijn van ASML in vogelvlucht.

 

In de machines die ASML maakt wordt met laserlicht op een ronde plaat materiaal geschoten om op deze manier materiaal weg te 'branden'. Deze plaat materiaal wordt een wafer genoemd. Een wafer kan gezien worden als de grondstof van de chips en er kunnen 100 tot 1000 chips uit een wafer gemaakt worden. Door het gebruik van laserlicht kunnen heel nauwkeurig bepaalde lagen op de wafer verwijderd worden. Zo wordt er dus een patroon op de wafer geschreven. [4]

Een van de limiterende factoren bij het schrijven van chips is de golflengte van het laserlicht. Het is namelijk niet mogelijk om licht te focussen op een plek die veel kleiner is dan de golflengte van het licht. De kleinste patronen in de nieuwste chips zijn ongeveer 13 nm groot, dat is 5000 keer kleiner dan een haar. Zulke kleine transistoren kunnen niet met zichtbaar licht, met een golflengte van 380 tot 750 nm, worden geschreven. Daarom wordt ultraviolet licht (UV) gebruikt, met een golflengte van 193 nm. Hiervoor zijn dan wel meerdere belichtingen nodig. [5]

ASML werkt al meer dan tien jaar aan een nieuwe machine die een kortere golflengte gebruikt, van 13 nm. Deze technologie wordt Extreme UV (EUV) genoemd. Hiermee moet het mogelijk zijn om ook de komende jaren elke nieuwe iPhone sneller te maken, met nog spectaculairdere snapchat-filters.

Bronnen

  1. Wet van Moore op Wikipedia.
  2. Herkomst afeelding.
  3. Info over ASML op Wikipedia.
  4. Info over ASML via de ASML-website.
  5. Info over multiple platterning op Wikipedia.