Корпорация IBM продемонстрировала свой самый быстрый на сегодняшний день графеновый транзистор, выполняющий 155 млрд циклов в секунду. По критерию быстродействия он на 50% опережает предыдущий экспериментальный транзистор, показанный исследователями корпорации ранее.
«Новый транзистор работает на увеличенной тактовой частоте 155 ГГц, что обеспечивает ему более высокую производительность по сравнению с графеновым транзистором, который был представлен нами в феврале прошлого года и имел частоту 100 ГГц", – сообщил исследователь IBM Ю-Мин Лин.
Выяснилось, что выпуск графеновых транзисторов можно наладить с использованием стандартного недорогого производственного процесса на основе полупроводниковых технологий. Это открывает путь к коммерческому производству графеновых чипов. Правда, назвать сроки возможного начала такого производства Лин не смог.
.jpg) |
| Графен должен изменить три главных столпа полупроводникового производства – материалы, конструкцию транзистора и процесс литографии. Иллюстрация: IBM |
«Налаживание коммерческого производства графеновых транзиторов позволит заметно увеличить быстродействие приложений обработки изображений, беспроводной связи, сетевых и радиолокационных механизмов", – отметил сотрудник корпорации IBM Федон Авурис. Графен представляет собой слой углерода толщиной в один атом, кристаллическая решетка которого имеет шестиугольную ячеистую структуру.
Новый транзистор разрабатывался в рамках исследовательского проекта, выполняемого по заказу агентства DARPA министерства обороны США. Целью проекта является создание высокопроизводительных транзисторов, работающих на радиочастотах. К графеновым транзисторам военные проявляют сегодня серьезный интерес.
Поток электронов в графеновых транзисторах движется быстрее, чем в обычных. Это обеспечивает ускорение передачи данных между чипами. Таким образом, перед сетевыми приложениями, предъявляющими высокие требования к скорости и частоте передачи данных, открываются самые широкие перспективы.
"Графеновые транзисторы действительно работают быстрее обычных, но, тем не менее, для ПК – это не идеальный вариант, – отметил Лин. – Из-за отсутствия энергетического зазора в природном графене отношение уровней тока и напряжения у транзистора во включенном и выключенном состоянии оказывается недостаточным для выполнения операций цифровой коммутации. Поэтому обычные процессоры лучше обрабатывают дискретные цифровые сигналы".
Вместе с тем, непрерывный энергетический поток обеспечивает графену преимущества при обработке аналоговых сигналов. Быстрота прохождения электронов позволяет ускорить выполнение приложений в аналоговых системах, где высокое отношение уровней во включенном и выключенном состоянии не требуется.
В графеновом транзисторе используется новое, усовершенствованное исследователями IBM вещество, названное "алмазоподобным углеродом". Графеновый транзитор демонстрирует превосходную температурную стабильность при охлаждении от комнатной температуры до минус 268 градусов по Цельсию – так называемой "температуры гелия».
"Производительность графеновых устройств дополняется прекрасной температурной стабильностью, которой удалось добиться благодаря применению нового вещества – алмазоподобного углерода", – пояснили в IBM.
На сегодняшний день графеновый транзистор является еще и самым маленьким транзитором IBM. Длина ворот графенового транзитора, работающего на радиочастоте, была уменьшена с 550 нм до 40 нм. Для сравнения, следует упомянуть, что длина ворот графенового транзитора, который был создан на основе карбида кремния и представлен в прошлом году, составляла 240 нанометров.
"Еще более важным представляется то, что нам удалось добиться более высокой производительности при использовании производственных технологий, сравнимых с теми, которые находят применение при изготовлении кремниевых устройств, – подчеркнул Лин. – Это помогло еще на один шаг приблизиться к коммерческому производству графеновых чипов».
Свойства графена давно привлекают к себе ученых. В 2010 году Андрей Гейм и Константин Новоселов из Манчестерского университета получили Нобелевскую премию в области физики за совершение прорыва в области исследования графена. В 2004 году ученым удалось изолировать графен, что заложило основы для дальнейшей исследовательской работы.
"Графен обладает огромным потенциалом для электронной промышленности, но представители отрасли еще только пытаются понять его преимущества", – отметил главный технический стратег компании In-Stat Джим Макгрегор.
Пока графен не претендует на замену цифровых транзисторов в обычных кремниевых чипах. Но он может выполнять роль дополняющей технологии в других устройствах, созданных на основе углерода и предназначенных для решения задач обработки сигналов.
"Как и при внедрении любой другой технологии, связанной с использованием новых материалов, создание жизнеспособной альтернативы существующим технологическим процессам потребует миллиардных инвестиций, – указал Макгрегор. – Но в конечном итоге, если на пути существующих технологий возникнут непреодолимые физические барьеры, это может стать настоятельной необходимостью. Графен должен изменить три главных столпа полупроводникового производства – материалы, конструкцию транзистора и процесс литографии. Если графен получит поддержку создателей существующих и перспективных литографических процессов, а также разработчиков конструкции транзисторов, он вполне способен стать востребованным материалом. Но выполнение двух указанных условий абсолютно необходимо».