211service.com
Bedre grafentransistorer
IBM-forskere har opdaget en måde at forbedre ydeevnen for transistorer lavet af plader af det todimensionelle kulstofmateriale grafen massivt: de stabler dem op. Ved at placere to lag grafen oven på hinanden fandt de ud af, at de kan reducere enhedens elektriske støj med en faktor på 10.
Dobbeltdækker: IBM-forskere har fundet ud af, at de kan reducere støjen i grafenenheder markant ved at stable to lag sammen. Her sammenlignes støjen fra et enkelt lag grafen (venstre) med støjen fra to lag (højre).
Resultaterne kunne hjælpe med at realisere grafen-baserede chips, der kører hurtigere, er mere kompakte og bruger mindre strøm end nutidens siliciumchips, siger Yu-Ming Lin , en videnskabsmand ved IBM T. J. Watson Research Center , i Yorktown Heights, NY. IBM-forskere undersøger også andre lovende efterfølgere til silicium, såsom grafenlignende kulstofnanorør. Grafen, som udelukkende er lavet af kulstofatomer arrangeret i en 1-atom-tyk bikagestruktur, har en række egenskaber, der gør det attraktivt for elektronik, især for transistorer, der producerer radiofrekvente signaler. Men transistorer skabt af materialet er blevet plaget af støj, hvilket gør de signaler, de producerer, mindre end ideelle til kommunikation. Forskernes opdagelse kan hjælpe med at gøre grafentransistorer praktiske.
Halvlederindustrien leder meget efter nye materialer, der kan udkonkurrere silicium, siger Lin. Grafen er en primær kandidat, siger han, for en given spænding kan grafen føre en meget højere strøm, fordi elektronerne simpelthen bevæger sig hurtigere i grafen end i silicium.
Denne forbedrede elektronmobilitet, typisk alt fra 50 til 500 gange hurtigere end silicium, gør det muligt at behandle mere information med mindre strøm, hvilket muliggør ekstremt hurtige omskiftningshastigheder. Grafen kan også potentielt skæres til størrelser, der er langt mindre end silicium kan, hvilket muliggør mere kompakte transistorer og chips.
Men der er en alvorlig udfordring at lave små, praktiske enheder ud af grafen, siger Pablo Jarillo-Herrero , en grafenforsker ved MIT. Et af de store problemer, efterhånden som enheder bliver mindre og mindre, er, at støjen bliver større og større, siger han. Dette skyldes, at de små strømme, der risler gennem enhederne, bliver mere og mere modtagelige for miljøpåvirkninger. For eksempel kan ladede partikler i substratet nær enheden udøve en indflydelse på strømmen, der flyder gennem grafen. Dette kan fungere som en barriere for strømflow, hvilket får det til at afbøje og forvanske det producerede signal.
Men Lin arbejder sammen med sin kollega Phaedon Avouris , opdagede, at placering af to lag grafen, det ene oven på det andet, har den uventede egenskab at reducere dette problem markant. Resultaterne er offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Nano bogstaver .
Lin laver grafenlagene ved hjælp af en almindelig og overraskende lavteknologisk tilgang, kendt som mekanisk eksfoliering. Vi tager et stykke scotch tape og piller et lag af en luns grafit, siger Lin. Strukturen af grafit er i det væsentlige den samme som i en stor stak grafen, og kulstofatomerne har en naturlig tendens til at ville blive i disse lag. Så vi gentager normalt bare processen, indtil vi til sidst har et enkelt lag, siger han.
Når det placeres mellem to elektroder på et oxidsubstrat, danner dette arrangement en felteffekttransistor, den grundlæggende byggesten af chips. Den samme tilgang bruges med to-lags transistoren, kun eksfolieringsprocessen er skåret lidt kort, hvor det endelige antal lag af grafen bestemmes ved hjælp af atomkraftmikroskopi. Begge lag bevarer deres ønskelige høje elektronmobilitetsegenskaber. Men nu kobles strømme gennem begge lag sammen, så hver elektron er parret med en positiv ladning, hvilket effektivt holder den på kurs, siger Lin. Parret modstår at blive afbøjet af tilfældige positive og negative ladninger i materialerne.
Mens reduktion af støjen i grafentransistorer er et vigtigt skridt, skal andre forhindringer, såsom at finde måder at lave højtydende grafentransistorer i stort antal, overvindes, før sådanne enheder er klar til kommercialisering.