Исследователи из IBM также продемонстрировали возможность выполнения графеновых транзисторов на основах, подобных традиционным кремниевым. По словам Юй Мун Линя, руководителя исследовательского проекта IBM, это достижение открывает возможность коммерческого производства графеновых чипов.

После коммерциализации они могли бы применяться в роли сверхбыстродействующих сигнальных процессоров, способных повысить качество звуко- и видеозаписи, улучшить производительность обработки сигналов с радаров и изображений с медицинских приборов.

В прошлом году группы исследователей из IBM и МТИ независимо друг от друга продемонстрировали графеновые транзисторы, работающие на частоте около 26 ГГц

Данное исследование в IBM провели по заказу агентства DARPA в рамках программы разработки высокочастотных транзисторов большой производительности.

Графен - одна из форм углерода, представляющая собой похожую на пчелиные соты кристаллическую решетку толщиной всего в один атом. Он способен переносить электроны быстрее, чем другие проводники, то есть отличается повышенной подвижностью электронов, что, как отмечает Линь, делает графен весьма перспективным материалом для изготовления высокочастотных электронных компонентов.

Прототип процессора IBM выполнен на основе диаметром 2 дюйма, но, по словам Линя, в принципе возможно формирование графеновых транзисторов и на основах большего диаметра, что создает предпосылку для снижения стоимости производства. Графен изготавливается методом нагревания подложки из карбида кремния с испарением последнего.

До сих пор недостатком материала была его повышенная чувствительность к условиям окружающей среды. В процессе изготовления транзисторов на поверхность графена осаждается слой оксида для формирования диэлектрика затвора. Обычно такое осаждение ухудшает подвижность электронов из-за дефектов оксида, которые вызывают рассеивание электронов по графену. Исследователям из IBM удалось минимизировать дефекты путем отделения графена от оксида очень тонким слоем полимера.

Это новшество позволило почти вчетверо увеличить рабочую частоту графеновых чипов. В прошлом году группы исследователей из IBM и Массачусетского технологического института независимо друг от друга продемонстрировали графеновые процессоры, работающие на частоте около 26 ГГц. Для сравнения, предельная частота работы кремниевых транзисторов с примерно такой же длиной затвора до сих пор достигала лишь порядка 40 ГГц.

Кроме того, новый подход помогает подготовить почву для коммерческого производства. По словам Линя, исследователи продемонстрировали, что высококачественный графен можно выпускать в масштабе основы, а графеновые транзисторы - формировать с помощью процессов, традиционно применяемых полупроводниковой отраслью.

Линь, однако, указывает, что еще рано рассчитывать на вытеснение графеном кремния в микропроцессорах для ПК, по крайней мере в ближайшем будущем. Как объясняет руководитель исследования, одно из главных препятствий здесь в том, что графеновые транзисторы не рассчитаны на обработку дискретных электронных сигналов. Графен - материал с нулевой запрещенной зоной, это означает отсутствие разницы в энергиях между проводящим и непроводящим состоянием вещества, в связи с чем графеновые транзисторы нельзя включать и выключать как обычные. Для сравнения, запрещенная зона кремния составляет 1 электрон-вольт, что делает его хорошо подходящим для обработки дискретных сигналов.

Графен более пригоден для изготовления аналоговых транзисторов, применяемых, например, в сигнальных процессорах и усилителях. Сегодня микросхемы для подобных устройств выполняются главным образом из арсенида галлия, у которого подвижность электронов гораздо ниже, чем у графена.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями