Самый быстрый в мире графеновый транзистор
Ученые IBM продемонстрировали транзистор на основе графена, который работает на рекордной граничной частоте.
Графен – материал, представляющий собой особую форму углерода. Он состоит из монослоя атомов углерода, «упакованных» в гексагональную структуру (подобную сотам). Впервые графен был получен в 2006 году в результате совместных исследований ученых Университета Манчестера и Института физики твердого тела РАН в Черноголовке. Этот двумерный материал обладает уникальными электрическими, оптическими, механическими и тепловыми свойствами и сразу стал рассматриваться в качестве серьезного претендента для пост-кремниевой электроники. Методы литографического формирования рисунков, применяемые на графене, позволяют избежать проблем совмещения слоев – активные и пассивные элементы и межсоединения могут быть получены посредством формирования рисунка в одном графеновом слое. Возможность создания на основе графена сверхвысокочастотных транзисторов определяется тем, что в этом материале электроны движутся с очень высокими скоростями.
Как сообщается в только что вышедшей статье в журнале Science, исследователи корпорации IBM разработали наноразмерный транзистор на основе графена, который работает с граничной частотой 100 млрд. рабочих циклов в секунду или 100 ГГц – ранее такая частота графенового полупроводникового элемента не достигалась.
В предыдущих работах исследователи IBM установили, что рабочая частота графенового транзистора зависит от его размера, то есть чем меньше размер, тем выше частота. Нынешний рекордный показатель тактовой частоты был достигнут при использовании эпитаксиального графенового элемента, изготовленного по технологии, применяемой в современном передовом производстве кремниевых полупроводниковых устройств.
«Это большое достижение, которое убедительно демонстрирует, что графен может с успехом использоваться для создания высокопроизводительных устройств и интегральных микросхем», — подчеркнул доктор Т-Ч. Чен (T. C. Chen), вице-президент подразделения IBM Research по науке и технологиям.
Однородные и высококачественные графеновые пластины были получены путем термического разложения подложки из карбида кремния (SiC). В графеновом транзисторе используется архитектура с верхним расположением металлического затвора и изолирующий затвор, состоящий из полимера и оксида с высокой диэлектрической проницаемостью. Длина затвора в 240 нм оставляет резерв для дальнейшей оптимизации транзистора. Примечательно, что рабочая частота графенового элемента уже превышает граничную частоту современных кремниевых транзисторов с такой же длиной затвора (~ 40 ГГц).
Близкая производительность была достигнута для элементов на основе графена, полученного из природного графита. Это доказывает, что высокой производительностью могут обладать элементы из графена, полученного разными способами.
