211service.com
Hurtigere mobiltelefonkredsløb
Forskere hos IBM har lavet de hurtigste integrerede kredsløb til dato af grafen, et materiale, der lover meget hurtigere komponenter, end silicium tillader, men som har vist sig svært at arbejde med.
Grafen kredsløb: Dette integrerer en grafentransistor (inde i den røde boks) med to andre elementer, kaldet induktorer, på en enkelt chip. De sorte enheder på siderne og toppen af billedet er elektriske sonder.
Holdet viste, at grafen kunne bruges til at lave hurtigere, mere strømeffektive versioner af kredsløb, der behandler og genererer radiosignaler i mobiltelefoner og andre trådløse enheder. De gjorde det ved at bruge eksisterende fremstillingsteknikker, hvilket tyder på, at deres designs kunne være overkommelige nok til at kommercialiseres.
Det her er virkelig spændende arbejde, og det peger på den hastigt kommende fremtid for grafenelektronik, siger James Tour , professor i kemi og datalogi ved Rice University i Houston, Texas, som ikke var involveret i arbejdet.
Grafen, et enkelt-atom-tykt net af kulstofatomer, leder elektroner meget hurtigere end silicium. Dens elektroniske egenskaber er sådan, at dens største løfte ikke er for de digitale logiske kredsløb, der findes i mikroprocessorer, men for hurtig analog elektronik, som dem lavet af IBM-teamet.
Forskere demonstrerede første gang grafens elektriske løfte i 2004, men ingeniører har siden kæmpet for at bygge grafenkredsløb ved hjælp af eksisterende produktionsteknologi. Indtil videre har forskere lavet grafentransistorer, der kan fungere med hastigheder på 300 gigahertz, hvilket betyder, at de tænder og slukker 300 milliarder gange i sekundet, tredive gange hurtigere end de bedste siliciumtransistorer.
For at lave deres integrerede kredsløb var IBM-forskerne nødt til at kombinere deres grafentransistorer med andre materialer, en udfordring af to grunde. For det første, når grafentransistorer er placeret for tæt på visse metaller, degenererer transistorydelsen. For det andet er det vanskeligt at sætte grafentransistorer og andre elementer på en enkelt mikrochip. I dag i journalen Videnskab , rapporterer IBM-forskerne om metoder til fremstilling af grafen-integrerede kredsløb på enkelte chips ved hjælp af eksisterende metoder.
IBM-gruppen lavede en type kredsløb kaldet en frekvensmixer, der kombinerede en grafentransistor og to metalenheder kaldet induktorer. Frekvensmixeren er en af de grundlæggende byggesten i analog elektronik, og især trådløs kommunikation, siger IBM-forsker Yu-Ming Lin. Disse enheder bruges i mobiltelefoner til at konvertere det radiosignal, der bruges til at transmittere information, til et andet signal i et frekvensområde, som det menneskelige øre kan høre. Det opnås ved at blande radiosignalet med et referencesignal.
Tidligere har kombinationen af grafen med andre materialer forringet hastigheden af den resulterende elektronik. IBM-gruppen forhindrede dette ved at sikre, at andre materialer ikke kom i kontakt med grafenet på en skadelig måde. De lavede arrays af grafentransistorer på overfladen af siliciumcarbidskiver belagt med grafen. De ætsede derefter den ekstra grafen, der omgiver transistorerne, væk, og efterlod en klar overflade, som var nemmere for metalinduktorer at holde sig til. At sikre adskillelse mellem grafentransistorerne og metalinduktorerne forhindrede også forringelse af transistorens elektriske egenskaber.
De resulterende kredsløb fungerer ved 10 gigahertz - meget hurtigere end tidligere grafenkredsløb. Lin indrømmer, at de er mindre pålidelige end de avancerede siliciumfrekvensmixere, men siger, at de forventer at lukke det hul snart.
IBM-forskerne planlægger at lave dem på en skala fra tiere i stedet for hundredvis af nanometer. De kan sagtens være ti gange mindre, hvilket ville hjælpe os til at overgå rekorden, siger Lin. Vi har ikke set grænserne for grafenenheder med hensyn til hastighed - vi tror, de kan komme ind i terahertz-området.
Det næste skridt er at forbedre pålideligheden af kredsløbene, siger Xiangfeng Duan , professor i kemi ved University of California, Los Angeles. Signalet kommer svagere ud i den anden ende, konstaterer han. Forbedring af transistorerne vil hjælpe med at få bedre kredsløbsydelse.
IBM-gruppen arbejder på dette problem og udvikler mere komplekse grafen integrerede kredsløb. Lin siger, at den metode, der bruges til frekvens-mixer-kredsløb, vil fungere for andre typer kredsløb. Det er det første skridt mod et nyt niveau af potentiale, siger han. Måske vil vi ikke se den reelle virkning af grafen i yderligere fem til ti år.