Lepsze tranzystory grafenowe

Badacze IBM odkryli sposób na znaczną poprawę wydajności tranzystorów wykonanych z arkuszy dwuwymiarowego grafenu z materiału węglowego: układają je w stos. Umieszczając dwie warstwy grafenu jedna na drugiej, odkryli, że mogą one 10 razy zredukować szum elektryczny urządzenia.

Autobus piętrowy: Badacze IBM odkryli, że mogą znacznie zmniejszyć hałas w urządzeniach grafenowych, układając dwie warstwy razem. Tutaj szum wytwarzany z pojedynczej warstwy grafenu (po lewej) jest porównywany z szumem z dwóch warstw (po prawej).

Odkrycia mogą pomóc w stworzeniu układów opartych na grafenach, które działają szybciej, są bardziej kompaktowe i zużywają mniej energii niż dzisiejsze układy krzemowe, mówi Yu-Ming Lin , naukowiec z Centrum Badawcze IBM T.J. Watson , w Yorktown Heights, NY. Naukowcy IBM badają również innych obiecujących następców krzemu, takich jak grafenopodobne nanorurki węglowe. Grafen, który jest w całości wykonany z atomów węgla ułożonych w strukturę plastra miodu o grubości jednego atomu, ma szereg właściwości, które czynią go atrakcyjnym dla elektroniki, zwłaszcza dla tranzystorów wytwarzających sygnały o częstotliwości radiowej. Jednak tranzystory stworzone z materiału są nękane przez szum, przez co wytwarzane przez nie sygnały nie są idealne do komunikacji. Odkrycie naukowców może pomóc w praktycznym zastosowaniu tranzystorów grafenowych.

Przemysł półprzewodników bardzo intensywnie poszukuje nowych materiałów, które mogą przewyższyć krzem, mówi Lin. Grafen jest jednym z głównych kandydatów, mówi, ponieważ przy danym napięciu grafen może przenosić znacznie wyższy prąd, ponieważ elektrony po prostu poruszają się szybciej w grafenie niż w krzemie.

Ta zwiększona mobilność elektronów, zwykle od 50 do 500 razy szybsza niż krzem, umożliwia przetwarzanie większej ilości informacji przy mniejszej mocy, umożliwiając niezwykle szybkie przełączanie. Grafen można również potencjalnie przyciąć do rozmiarów znacznie mniejszych niż puszka krzemowa, dzięki czemu możliwe są bardziej kompaktowe tranzystory i układy scalone.

Ale produkcja małych, praktycznych urządzeń z grafenu jest poważnym wyzwaniem, mówi Pablo Jarillo-Herrero , badacz grafenu w MIT. Mówi, że jednym z głównych problemów, gdy urządzenia stają się coraz mniejsze, jest to, że hałas staje się coraz większy i większy. Dzieje się tak, ponieważ maleńkie prądy przepływające przez urządzenia stają się coraz bardziej podatne na wpływy środowiska. Na przykład naładowane cząstki w podłożu w pobliżu urządzenia mogą wpływać na prąd przepływający przez grafen. Może to działać jak bariera dla przepływu prądu, powodując jego odchylanie i zniekształcanie wytwarzanego sygnału.

Ale Lin, pracując ze swoim kolegą Phaedon Avouris , odkryli, że umieszczenie dwóch warstw grafenu, jedna na drugiej, ma nieoczekiwaną właściwość znacznego zmniejszenia tego problemu. Wyniki opublikowano w najnowszym numerze czasopisma Litery nano .

Lin tworzy warstwy grafenu przy użyciu powszechnego i zaskakująco mało zaawansowanego technologicznie podejścia, znanego jako mechaniczne złuszczanie. Bierzemy kawałek taśmy klejącej i odklejamy warstwę z kawałka grafitu, mówi Lin. Struktura grafitu jest zasadniczo taka sama jak struktura dużego stosu grafenu, a atomy węgla mają naturalną tendencję do pozostawania w tych warstwach. Więc zwykle powtarzamy ten proces, aż w końcu mamy pojedynczą warstwę, mówi.

Po umieszczeniu między dwiema elektrodami na podłożu tlenkowym układ ten tworzy tranzystor polowy, podstawowy element składowy chipów. To samo podejście jest stosowane w przypadku tranzystora dwuwarstwowego, tylko proces eksfoliacji jest nieco skrócony, a ostateczną liczbę warstw grafenu określa się za pomocą mikroskopii sił atomowych. Obie warstwy zachowują swoje pożądane właściwości w zakresie mobilności elektronów. Ale teraz prądy przepływające przez obie warstwy łączą się ze sobą, tak że każdy elektron jest sparowany z ładunkiem dodatnim, skutecznie utrzymując go na właściwym kursie, mówi Lin. Para jest odporna na ugięcie przez losowe dodatnie i ujemne ładunki w materiałach.

Chociaż zmniejszenie szumów w tranzystorach grafenowych jest ważnym krokiem, inne przeszkody, takie jak znalezienie sposobów wytwarzania wysokiej jakości tranzystorów grafenowych w dużych ilościach, muszą zostać przezwyciężone, zanim takie urządzenia będą gotowe do komercjalizacji.

ukryć