Полевые транзисторы из графена – будущее мобильных технологий
 HRL Laboratories представила очередную разработку полевого графенового транзистора на двухдюймовой подложке из карбида кремния, побив мировой рекорд по подвижности зарядов (рисунок: HRL Laboratories) (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Не секрет, что кремниевые технологии, фактически, достигли своего предела. Для повышения скорости вычислений при одновременном уменьшении размера устройств, необходимо искать альтернативный подход. Один из вариантов такого подхода – использование новых веществ, исследование которых возможно благодаря нанотехнологиям, к примеру, графена – гексагональной двумерной структуры, составленной из атомов углерода. Благодаря большей, по сравнению с кремнием, проводимости, скорость работы устройств на основе графена могла бы быть выше. Измеренная экспериментально подвижность зарядов в кремнии – около 1400 квадратных сантиметров на вольт в секунду; в графене же, по мнению ученых, подвижность может достигать 200 тысяч см2/В*с при комнатной температуре (правда, на практике пока был достигнут уровень лишь в 15 тысяч см2/В*с, что, однако, уже более чем в 10 раз превосходит кремний). К сожалению, существует множество практических сложностей, связанных с производством и использованием графена для целей наноэлектроники. В частности, один из наиболее весомых аргументов «против» - высокие токи утечки в сконструированных образцах.
Полевые транзисторы на основе графена интересуют не только гражданские исследовательские институты, но и военные организации. По мнению ученых, графеновые транзисторы могли бы использоваться для организации высокочастотных коммуникаций, радарных систем и высокопроизводительной графики. Специально для концентрации исследовательских усилий в этом направлении была учреждена программа Carbon Electronics for RF Applications (CERA), спонсируемая Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA) при Министерстве Обороны США. Первая фаза этого проекта (CERA Phase 1) предполагает создание полевых транзисторов с подвижностью порядка 10 тысяч см2/В*с.
В конце мая в рамках научной программы CERA исследователи из HRL Laboratories объявили о том, что им удалось создать устройства из единичного слоя графена на подложке из карбида кремния диаметром 2 дюйма. Созданные транзисторы обладают особенными рабочими характеристиками, претендующими на мировой рекорд: подвижность зарядов в этих устройствах порядка 6000 см2/В*с, что в 6 – 8 раз выше, чем у наиболее совершенной на сегодняшний день кремниевой технологии n-MOSFET (metall-oxyde-semiconductor field effect transistor; наиболее широко используемая технология для создания полевых транзисторов; в русскоязычных изданиях ее название переводят дословно как МОП-транзисторы, т.е. металл-оксид-полупроводник).
Исследователи так же оценили отношение тока в открытом состоянии к току утечки для созданного транзистора. Этот параметр оказался равным 19, что превосходно для устройств подобного типа. Для сравнения, первые графеновые полевые транзисторы достигали подвижности всего лишь в 200 см2/В*с и отношения токов открытого состояния и утечки на уровне 3 – 4.
Конечно же, до выпуска графеновых транзисторов в промышленных масштабах и, тем более, до представления первых устройств, созданных на базе этой технологии, еще очень далеко. По предварительным оценкам этих событий не следует ожидать ранее 2025 года. Однако, лидер в гонке за право сменить кремний на его позициях, кажется, найден.
Также по теме:
Источники: