Glazen chip wisselt van frequentieband

Delftse onderzoekers hebben een glazen chip voor mobiele datacommunicatie ontwikkeld, die een radiocircuit bevat dat elektronisch tussen frequentiebanden kan wisselen en zorgt voor een kristalheldere ontvangst.

Professor Lis Nanver van het Delfts instituut voor microelektronica en submicron technologie (DIMES), die de glazen chip samen met dr. ing. Leo de Vreede ontwikkelde: "Dit is echt een doorbraak. Niet alleen wetenschappelijk, maar ook op de industrie gaat deze vinding een enorme impact hebben. Onderzoek naar elektromagnetische ontvangers voor mobieltjes is op dit moment helemaal gericht op mechanische onderdelen (MEMS: microelektromechanische systemen, red.). Alles wat mechanisch is, is relatief groot, kan kapot en vereist daarom een relatief dure beschermende behuizing."

"Maar onze ontvanger is puur elektronisch. Daardoor neemt de betrouwbaarheid van elektromagnetische ontvangers in mobieltjes enorm toe. Het signaal wordt kraakhelder. Daarnaast bevatten de huidige mobieltjes voor elke elektromagnetische frequentie een apart circuit, of het nu om Wifi, Bluetooth, gps of hsdpa gaat. Met onze chip kunnen alle toepassingen door in één en hetzelfde elektronische circuit afgehandeld. Daardoor kunnen de productiekosten en het stroomverbruik van mobieltjes behoorlijk omlaag."

Onwijs lage weerstanden
De glazen chip ontstond al experimenterend. Het begon ermee dat onderzoeker de Vreede in 2003 een nieuw theoretisch model voor een varactor-schakeling ontwikkelde. Een varactor is een diode met variabele capaciteit, die kan worden gebruikt om tussen verschillende elektromagnetische frequentiebanden te wisselen. De door de Vreede bedachte varactorschakeling werkte theoretisch ook bij hoge frequenties goed, zonder signaalverliezen of -vervorming. Dat was tot op dat moment nog nooit vertoond en maakte de theorie van de Vreede zeer relevant voor moderne draadloze communicatievormen.

Alleen, om zijn idee werkend te krijgen voor hoge frequentiebanden zocht de Vreede een materiaal waaruit geen stroom weglekt en dat een zeer lage weerstand heeft. Nanver: "Een lage weerstand is belangrijk, want "weerstand kost stroom en vreet daardoor aan het signaal."

Het onderzoeksteam besloot daarom glas te gebruiken als drager van de elektronische circuits. Philips Research Labs had in de jaren negentig een techniek ontwikkeld om zeer dunne chips op glas te plakken. Bij ‘normale' chips wordt silicium gebruikt als drager van de elektronische circuits, die eveneens van silicium zijn gemaakt.

Als je nu een glasplaatje plakt bovenop de elektronische circuits, kun je daarna de silicium drager aan de onderkant wegetsen. Vervolgens kun je – dankzij nieuwe technieken die Lis Nanver ontwikkelde – de elektronische circuits aan de onderkant rechtstreeks aansluiten op de hardware die je wilt aansturen. Nanver: "Ik heb het silicon-on-glass proces verder ontwikkeld voor echt onwijs lage weerstanden."

Belangstelling industrie
Nanver en de Vreede hebben de door hun ontwikkelde technologie vastgelegd in een aantal patentaanvragen. NXP Semiconductors, de voormalige chipdivisie van Philips, onderzoekt momenteel hoe de glazen chips op basis van de nieuwe technologie kunnen worden geproduceerd. Innovatiemanager dr.ir. Bart Smolders: "Het is een interessante technologie en misschien is het een doorbraak." Smolders is echter nog niet zeker of het voor NXP interessant is om de chip op korte termijn daadwerkelijk te produceren: "Het kost veel geld om zo'n exotisch proces in productie te nemen. Dus we willen de sommetjes goed maken".

Nanver: "De ellende met de chipindustrie is dat de investeringen voor het introduceren van nieuwe productlielijnen zeer groot zijn. Er zal door de industrie intens gezocht worden om onze ideeën op een of andere manier te combineren met een bestaande technologie om de kosten te verkleinen."