Loading

Графен – новый материал для интегральных схем будущего

Создано 27.10.2010 17:59
Автор: Александр Компанеец

Графеновый транзистор имеет три режима работыГрафен получил мировое признание и известность совсем недавно, когда двое ученых были удостоены Нобелевской Премии по Физике за исследование уникальных свойств этого удивительного материала. Следующий шаг – использование графена для создания более компактных микросхем.

Исследователям уже удавалось создавать невероятно быстрые транзисторы с использованием графена. Сейчас они разрабатывают графеновый транзистор, который может работать в трех различных режимах, для реализации которых в обычном чипе потребовалось бы три отдельных полупроводниковых транзистора. Такие настраиваемые транзисторы позволят создавать более компактные и менее энергоемкие чипы для, например, беспроводных коммуникаций.

Графеновые чипы будущего, будут состоять из меньшего количества транзисторов, выполняя те же функции, что и их полупроводниковые аналоги, при меньшей себестоимости, более высокой степени интеграции (компактности), и меньшего энергопотребления. Очевидным становится перспективность применения чипов с графеновыми транзисторами в первую очередь в мобильных устройствах требовательных к компактности и энергоэффективности. Новый графеновый транзистор – устройство аналоговое, обычно применяемое в беспроводных коммуникациях: в мобильных телефоны, плеерах, Bluetooth гарнитурах.

Совершенная структура графена на атомном уровне обеспечивает свободное прохождение электронов, делая графен лучшим проводниковым материалом при комнатной температуре. Поэтому из этого материала можно изготовить транзистор способный работать на частоте 100 ГГц, что в 10 раз превышает показатели кремниевых транзисторов, и предсказывают, что этот показатель может  быть улучшен в тысячи раз по мере совершенствования технологии. И поскольку графен имеет плоскую структуру, он вполне совместим с существующим оборудованием производителей интегральных схем из кремния.

Кроме высокой проводимости графен предлагает еще одну очень интересную функцию для будущих транзисторов. В то время как полярность кремниевых транзисторов жестко определяется в процессе производства, графеновый аналог может быть амбиполярным, то есть менять свой полярность «на лету» и при необходимость быть проводником как положительных, так и отрицательных зарядов.

Картик Моханарм, профессор электроники и компьютерной техники, разработал  транзистор, который может изменяться под внешним воздействием, и провел его испытания совместно с Александром Баландиным, профессором науки о материалах Университета в Калифорнии, Риверсайд. Подавая напряжения на слой графена с помощью нескольких электродов, они смогли получить три устойчивых состояния: p-проводимость, n-проводимость и полная проводимость. Такой трехрежимный транзистор работает как усилитель и может быть использован для кодирования потока данных изменением частоты и фазы сигнала, что очень широко применятся в современных телекоммуникациях.

Таким образом, Моханрам и Баладин впервые создали сигнальный процессор, построенный на одном единственном транзисторе.

Необходимо отметить, что амбиполярность графенового транзистора усложняет разработку схем, контролирующих текущее состояние транзистора, но эта сложность будет преодолена по мере совершенствования технологий проектирования схем на амбиполярных транзисторах. Новые возможности графеновых транзисторов предполагают разработку новой логики построения микросхем будущего, которые будут гибкими, экономичными и компактными.

Комментарии: