Самый быстрый в мире графеновый транзистор

Исследователи корпорации IBM продемонстрировали высокочастотный транзистор на основе графена, который работает на рекордной граничной частоте, когда-либо достигнутой графеновым полупроводниковым элементом, — 100 млрд рабочих циклов в секунду, или 100 ГГц.

Это достижение стало важнейшей вехой в исследованиях по программе Carbon Electronics for RF Applications (CERA), спонсируемой Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA) при Министерстве обороны США и направленной на создание оборудования связи нового поколения.

Рекордный показатель тактовой частоты был достигнут при использовании эпитаксиального графенового элемента масштаба кристаллической пластины (wafer-scale), изготовленного посредством технологического процесса, который применяется в современном передовом производстве кремниевых полупроводниковых устройств.

«Ключевое преимущество графена состоит в очень высоких скоростях распространения электронов в этом материале, что является важнейшим условием создания быстродействующих высокопроизводительных транзисторов следующего поколения, — подчеркнул доктор Т. Ч. Чен (T. C. Chen), вице-президент подразделения IBM Research по науке и технологиям. — Это достижение убедительно демонстрирует, что графен можно с успехом использовать для создания высокопроизводительных устройств и интегральных микросхем».

Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, соединенных в гексагональную сотоподобную кристаллическую решетку. Эта двумерная форма углерода обладает уникальными электрическими, оптическими, механическими и тепловыми свойствами. В настоящее время исследователи активно изучают возможности технологического применения графена.

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 (metal top-gate) и новаторское решение изолирующего слоя затвора (gate insulator stack), содержащего полимер и оксид с высокой диэлектрической проницаемостью. Длина затвора, составившая «умеренно малую» величину в 240 нанометров, оставляет резерв для дальнейшей оптимизации производительности транзистора путем масштабирования (в сторону уменьшения) длины затвора.

Примечательно, что рабочая частота графенового элемента уже превышает граничную частоту современных кремниевых транзисторов с такой же длиной затвора (? 40 ГГц). Подобная производительность была достигнута у элементов на основе графена, полученных из природного графита. Это доказывает, что высокие уровни производительности могут быть достигнуты у элементов из графена различного происхождения. Ранее команда исследователей продемонстрировала графеновые транзисторы с граничной частотой 26 ГГц, в которых были использованы слои графена, также полученные из природного графита.

оригинал