211service.com
Grafēna tranzistori, kas var darboties ar pūslīšu ātrumu
IBM ir radījis grafēna tranzistorus, kas atstāj silīcija tranzistorus putekļos. Prototipa ierīces, kas izgatavotas no atomu biezām oglekļa loksnēm, darbojas ar 100 gigahercu frekvenci, kas nozīmē, ka tās var ieslēgties un izslēgties 100 miljardus reižu sekundē, aptuveni 10 reizes ātrāk nekā ātrākie silīcija tranzistori.
Ātrie slēdži: Šie tranzistoru bloki, kas uzdrukāti uz silīcija karbīda plāksnes, darbojas ar ātrumu 100 gigaherci.
Tranzistori tika izveidoti, izmantojot procesus, kas ir saderīgi ar esošo pusvadītāju ražošanu, un eksperti saka, ka tos varētu palielināt, lai tuvāko gadu laikā ražotu tranzistorus augstas veiktspējas attēlveidošanas, radara un sakaru ierīcēm un ātrām datoru procesoriem pēc desmit gadiem. vai tā.
Pētnieki iepriekš ir izgatavojuši grafēna tranzistorus, izmantojot darbietilpīgas mehāniskas metodes, piemēram, no grafīta atslāņojot grafēna loksnes; ātrākie šādā veidā izgatavotie tranzistori ir sasnieguši ātrumu līdz 26 gigaherciem. Tranzistori, kas izgatavoti, izmantojot līdzīgas metodes, nav līdzvērtīgi šiem ātrumiem.
Tranzistoru audzēšana uz vafeles ne tikai nodrošina labāku veiktspēju, bet arī ir komerciāli izdevīgāk, saka Phaedon Avouris , nanomēroga zinātnes un tehnoloģiju grupas vadītājs IBM Watson pētniecības centrā Ossiningā, Ņujorkā, kur tika veikts darbs.
Galu galā grafēnam ir potenciāls aizstāt silīciju ātrdarbīgos datoru procesoros. Tā kā datori katru gadu kļūst ātrāki, silīcijs arvien vairāk tuvojas tā fiziskajām robežām, un grafēns nodrošina daudzsološu potenciālu aizstājēju, jo elektroni pārvietojas pa materiālu daudz ātrāk nekā caur silīciju. Pat bez dizaina optimizācijas šie tranzistori jau ir 2,5 reizes labāki par silīciju, saka Yu-Ming Lin , vēl viens IBM Watson pētnieks, kurš sadarbojās ar Avouris.
Citi pētnieki ir izgatavojuši ļoti ātrus tranzistorus, izmantojot dārgus pusvadītāju materiālus, piemēram, indija fosfīdu, taču šīs ierīces darbojas tikai zemā temperatūrā. Teorētiski grafēnam ir materiāla īpašības, kas nepieciešamas, lai ļautu tranzistoriem darboties ar terahercu ātrumu istabas temperatūrā.
IBM pētnieki audzēja grafēnu uz divu collu silīcija karbīda vafeles virsmas. Process sākas, kad tās karsē vafeles, līdz silīcijs iztvaiko, atstājot aiz sevis plānu oglekļa slāni, kas pazīstams kā epitaksiālais grafēns. Šo metodi tranzistoru izgatavošanai izmantoja jau iepriekš, taču IBM komanda uzlaboja procesu, izmantojot labākus materiālus citām tranzistora daļām, jo īpaši izolatoram.
Grafēna īpašības ir ļoti jutīgas pret vidi, saka Lins. Tāpēc IBM grupa koncentrējās uz jauna izolācijas slāņa izstrādi - tranzistora daļu, kas novērš īssavienojumus. Viņi atklāja, ka plāna polimēra slāņa pievienošana starp dielektriķi un grafēnu uzlaboja veiktspēju. Darbs ir aprakstīts šonedēļ žurnālā Zinātne .
Valters de Hērs , fizikas profesors Džordžijas Tehnoloģijā Atlantā, kurš bija pionieris metodēm, ko izmanto darbam ar epitaksiālo grafēnu, saka, ka IBM ierīce ir pagrieziena punkts tās ātruma un tāpēc, ka tā tika izgatavota, izmantojot praktiskas ražošanas metodes. Viņš saka, ka tas nav nekas neparasts, tas ir īsts. Pēc neilga laika šī attīstība patiešām pārvērtīsies par sakaru ierīci.
Var izmantot tās pašas apstrādes tehnoloģijas, lai pietuvotos produktam, saka Avouris. Pagājušajā gadā tā pati IBM grupa un neatkarīga grupa plkst HRL laboratorijas Malibu, Kalifornijā, abi izgatavoja 10 gigahercu grafēna tranzistorus, izmantojot iesaistīto metodi, ko sauc par mehānisko pīlingu. Šis process ietver slāņu nolobīšanu no neliela grafīta gabala, līdz paliek viena atoma bieza loksne, pēc tam to novieto uz substrāta un izgriež, veidojot tranzistoru. Šīs pieejas problēma ir tāda, ka tā apdraud grafēna elektriskās īpašības un nav komerciāli pielāgojama, saka Avouris.
Pirmie grafēna tranzistoru pielietojumi, iespējams, būs kā slēdži un pastiprinātāji analogajā militārajā elektronikā. Patiešām, IBM grupas darbu daļēji atbalsta Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra. Taču pētnieki saka, ka paies gadi, pirms uzņēmums sāks oglekļa elektronikas komerciālu attīstību.
De Hērs atzīmē, ka IBM ierīces vēl neapzinās visu grafēna potenciālu. Rūpīgi kontrolējot augšanas apstākļus, viņa grupa ir izgatavojusi grafēnu, kas vada elektronus 10 reizes ātrāk nekā IBM komandas izmantotais materiāls. Teorētiski šo augstākās kvalitātes grafēnu varētu izmantot, lai izgatavotu tranzistorus, kas sasniedz terahercu ātrumu, lai gan de Hērs saka, ka, palielinot mērogu, daudzas lietas var noiet greizi.
Avouris saka, ka IBM komanda strādās, lai uzlabotu tranzistoru ātrumu, tos miniaturējot. Līdz šim izgatavotie ir 240 nanometri gari, kas ir salīdzinoši lieli - silīcija elektronisko komponentu garums ir aptuveni 20 nanometri. Avouris arī uzskata, ka to veiktspēju varētu uzlabot, padarot izolācijas slāni plānāku. Nākamais solis ir mēģināt integrēt šos tranzistorus patiesi funkcionējošā shēmā, viņš saka.