IBM совершенствует графеновые транзисторы
Вернее, не столько сами транзисторы, сколько КМОП-техпроцесс для изготовления графеновых транзисторов. Компания уже достаточно долгое время ведет изучение графена, его свойств, а также возможных путей использования материала.
Один из таких путей — полная или частичная замена графеном кремния в мощных/высокочастотных транзисторах.
Силиконовая Долина может уже в ближайшем будущем изменить свое название на Углеродную Долину из-за того факта, что ученым компании IBM удалось разработать технологию изготовления графеновых транзисторов, которые по своим характеристикам намного превосходят кремниевые транзисторы. Опытные образцы таких транзисторов изготовлены из графена - углеродной пленки, толщиной всего в один атом. Такие транзисторы могут переключаться со скоростью 100 миллиардов раз в секунду, т.е. работать на тактовой частоте 100 ГГц, что в десять раз превосходит подобную характеристику лучших экземпляров кремниевых транзисторов.
Технология производства графеновых транзисторов полностью совместима с существующими сегодня технологиями производства полупроводников, поэтому уже в течение следующих нескольких лет ожидается появление высокопроизводительных микросхем с графеновыми транзисторами в различных устройствах, требующих высоких скоростей и тактовых частот. К таким устройствам можно отнести различное коммуникационное оборудование, устройства отображения информации, радарные и сканирующие устройства. Появления первых микропроцессоров с графеновыми транзисторами и, следовательно, высокопроизводительных компьютеров следует ожидать лет через десять.
Графен является одним из самых перспективных материалов, претендующим на замену кремния в электронике, из-за своих уникальных электрических характеристик. Первые образцы графеновых транзисторов хоть и обладали высоким быстродействием, но технология их изготовления была очень дорога и малоэффективна. Основным препятствием служило то, что очень много времени и энергии уходило на процесс "расслаивания" углерода и получения графеновых пленок.
Несмотря на то, что в последнее время уже появились технологии получения графеновых пленок достаточно большой площади, технология, разработанная учеными IBM, позволила избежать реализации шага "расслаивания" углерода и получения графеновой пленки, вместо этого графеновые пленки буквально выращиваются на подложке из карбида кремния, после чего наносятся изолирующие слои, предотвращающие короткие замыкания внутри транзистора. Работы по созданию графеновых транзисторов проводились IBM при непосредственной поддержке Управления перспективных исследовательских программ DARPA.
В общем-то, все это не новость, поскольку IBM представила макет смесителя частоты с использованием графенового транзистора в схеме еще три года назад. Правда, тогда этот макет был ранним прототипом, а его размеры были достаточно велики. С тех пор велась работа по совершенствованию техпроцесса обработки пластин кремния, с целью включения процесса формирования транзисторов с каналами из графена в качестве одной из стадий КМОП-техпроцесса.
Главная проблема, вставшая перед учеными — это повреждение графена в ходе создания каналов из этого материала. Само собой, из-за повреждений характеристики транзисторов с каналами из графена ухудшались.
В конце января было заявлено о том, что специалисты компании таки разработали новый КМОП-техпроцесс, с сохранением свойств графеновых каналов.
В ходе исследований специалистам удалось создать рабочий прототип радиочастотного тракта, с усилителем, смесителем частоты, фильтром и прочими элементами. При этом размер кристалла составляет всего 0,6 кв.мм на 200-мм пластине. В схеме тракта использовано четыре индуктивности, две емкости, три транзистора и два резистора. У каждого из использованных в схеме полевых транзисторов имелся канал из графена.
Проводимость новой схемы улучшена в 10000 раз, по сравнению с прежними прототипами. В качестве эксперимента была передана текстовая информация на частоте 4,3 ГГц, с зашифрованным в сообщении названием компании.
Стоит отметить, что энергопотребление электронных цепей с использованием графена значительно ниже, чем энергопотребление чисто кремниевых аналогов, при этом скорость передачи данных — выше. К примеру, графеновая схема для беспроводных приемопередатчиков, созданная IBM, потребляет около 20 мВт мощности в рабочем режиме.
