Pierwszy układ scalony bazujący na grafenie

Naukowcy z IBM stworzyli pierwszy układ scalony na grafenie, w którym wszystkie elementy zostały zintegrowane na jednym chipie. Skonstruowany układ jest kolejnym ważnym krokiem w kierunku elektroniki bazującej na grafenie oraz potencjalnym jej zastosowaniem np. w bezprzewodowej komunikacji.

Pomimo dużego postępu w ostatnich latach oraz faktu, że naukowcom udało się już stworzyć kilka wysokiej jakości urządzeń bazujących na grafenie, nadal wyzwaniem pozostawało zintegrowanie na jednym chipie tranzystorów wykonanych z grafenu z innymi elektronicznymi elementami. Trudność ta była głównie spowodowana bardzo słabym przyleganiem grafenu do metali oraz tlenków tradycyjnie używanych w standardowych procesach produkcji układów scalonych oraz brakiem powtarzalnej techniki pozwalającej na scalenie takich elementów.

Zintegrowane cewki

Phaedon Avouris i jego koledzy z TJ IBM Watson Research Center w Yorktown Heights (Nowy Jork), rozwiązali powyższy problem produkując układ scalony składający się z tranzystora i pary cewek wykonanych z grafenu, zintegrowanych na płytce z węglika krzemu (SiC). Proces wytwarzania płytek z SiC opracowany przez zespół badaczy z IBM-u jest kompatybilny z konwencjonalnymi metodami wytwarzania półprzewodników i może być wykorzystywany do produkcji układów scalonych z bardzo dużą wydajnością.

Naukowcy zsyntetyzowali grafen w procesie termodesorpcji krzemu z płytek SiC, w celu utworzenia jednolitej warstwy grafenu na powierzchni SiC. Następnie przy użyciu litografii wiązką elektronową zdefiniowany został kanał tranzystora (resztki grafenu zostały usunięte poza obszar kanału za pomocą plazmy tlenowej). Cewki, z kolei, zostały zdefiniowane litografią elektronową oraz w procesie osadzenia warstwy aluminium mikronowej grubości na podłożu SiC. Tak przygotowany układ pokryto warstwą dwutlenku krzemu (SiO₂) o grubości 120 nm, aby odizolować cewki od wszelkich metalowych połączeń.

„Skonstruowany przez nas układ działa jako „mikser” częstości radiowych aż do 10 GHz”, powiedział jeden z członków zespołu Yu-ming Lina. Jak sama nazwa wskazuje, mikser wytwarza sygnał wyjściowy o zmienionej częstotliwości i jest on podstawowym składnikiem wielu systemów łączności elektronicznej. W swoim urządzeniu naukowcy przykładali do bramki i drenu tranzystora polowego dwa sygnały o wysokiej częstotliwości, dzięki którym był on modulowany i wytwarzał prąd zawierający „zmiksowane” częstotliwości.

Bezprzewodowa komunikacja

„Układ, w obecnej formie, może być wykorzystywany do komunikacji bezprzewodowej”, powiedział Lin. „A poprzez dalszą optymalizację wydajności tranzystorów bazujących na grafenie, może być także używany jako wzmacniacz”.

Zespół badaczy pracuje obecnie nad poprawą sprawności tranzystorów poprzez optymalizację struktury skonstruowanego urządzenia oraz jakości grafenu. „Tworzymy również bardziej skomplikowane układy grafenu nawet dla bardziej zaawansowanych urządzeń”, wspomniał Lin.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com