Nuovi record per il transistor al grafene!

[lowenz]

http://physicsworld.com/cws/article/news/41643

Physicists in the US have made the fastest graphene transistor ever, with a cut-off frequency of 100 GHz. The device can be further miniaturized and optimized so that it could soon outperform conventional devices made from silicon, says the team. The transistor could find application in microwave communications and imaging systems.

Graphene – a sheet of carbon just one atom thick – shows great promise for use in electronic devices because electrons can move through it at extremely high speeds. This is because they behave like relativistic particles with no rest mass. This, and other unusual physical and mechanical properties, means that the "wonder material" could replace silicon as the electronic material of choice and might be used to make faster transistors than any that exist today.

Phaedon Avouris, Yu-Ming Lin and colleagues at IBM's TJ Watson Research Center in New York began making their field-effect transistor (FET) by heating a wafer of silicon carbide (SiC) to create a surface layer of carbon atoms in the form of graphene. Parallel source and drain electrodes were then deposited on the graphene, leaving channels of exposed graphene between them.

The next step is the trickiest – depositing a thin insulating layer onto the exposed graphene without adversely affecting its electronic properties. To do this, the team first laid down a 10 nm layer of poly-hydroxystrene – a polymer used in commercial semiconductor processing – to protect the graphene. Then a conventional oxide layer was deposited, followed by a metallic gate electrode.

The gate length is relatively large at 240 nm, but it could be scaled down in the future to further improve device performance, say the physicists.

The graphene transistor already has a higher cut-off frequency than the best silicon MOSFETs with the same gate length (these have a cut-off frequency of around 40 GHz). The cut-off frequency is the frequency above which a transistor suffers significant degradation of its performance. The new device breaks IBM's previous record of 26 GHz, reported on in January 2009.

Unlike most other graphene FETs, which have been made from flakes of graphene, this device is made using techniques used by the semiconductor industry. "Our work is the first demonstration that high-performance graphene-based devices can be fabricated on a technologically relevant wafer scale," Avouris said.

One shortcoming of such graphene devices, however, is that they cannot be used in digital circuits such as those found in computers. This is because graphene has zero energy gap between its conduction and valence electrons – and it is this "band gap" that allows conventional semiconductors to switch currents from off to on.

Instead, such high-frequency transistors could be used to amplify analogue microwave signals in communications and imaging applications – including high-resolution radar, medical and security imaging.

The IBM researchers now plan to scale down their transistor, improve graphene purity and optimize device architecture. "Such transistors could then far outperform conventional devices," said Avouris.

The team is also looking at ways of creating a bandgap in a graphene transistor so that it could be used in digital applications.

The result was published in Science.

Belle Dumé is a contributing editor to nanotechweb. Additional reporting by Hamish Johnston.

E adesso le strade iniziano ad aprirsi realmente per un'alternativa al silicio per le economie di scala!

[frankytop]

Fantastico,una molecola planare ad un solo strato di grafite:

This is because graphene has zero energy gap between its conduction and valence electrons – and it is this "band gap" that allows conventional semiconductors to switch currents from off to on.

Non possiede un gap ma può essere impiegato come amplificatore quindi la corrente di transito tra source e drain può essere benissimo modulata...a 100 GHz!(per ora)

[lowenz]

Da ingegnere la cosa più eccitante è che è tecnologicamente dietro l'angolo!

[Marko91]

Originariamente inviato da frankytop

Fantastico,una molecola planare ad un solo strato di grafite:





Non possiede un gap ma può essere impiegato come amplificatore quindi la corrente di transito tra source e drain può essere benissimo modulata...a 100 GHz!(per ora)

Originariamente inviato da lowenz

Da ingegnere la cosa più eccitante è che è tecnologicamente dietro l'angolo!

Le mie conoscenze di elettronica sono piuttosto scarse... mi sembra di aver capito che questo transistor può essere quindi usato per amplificare le correnti, ma non permette di switch on/off (0-1), quindi di risolvere operazioni logiche. Che utilità avrebbe nel mercato dei processori? Può aiutare a diminuire il leakage nei circuiti al silicio (quindi è utilizzabile in processori ibridi silicio/grafene?)?
Comunque se hanno raggiunto i 100 Ghz con un gate di 240nm, significa che i margini di miglioramento sono enormi. Se non sbaglio, per il transistor al grafene si parlava di possibilità dell'ordine dei Teraherz, cosa che mi sembra raggiungebile con gate di qualche nm di diametro.
Lowenz cosa intendi con tecnologicamente dietro l'angolo? 5 anni?

[Jarni]

240nm sono un po' troppi...
La NEC riuscì a fare un transistor da 3nm.

[lowenz]

Originariamente inviato da Marko91

Le mie conoscenze di elettronica sono piuttosto scarse... mi sembra di aver capito che questo transistor può essere quindi usato per amplificare le correnti, ma non permette di switch on/off (0-1), quindi di risolvere operazioni logiche. Che utilità avrebbe nel mercato dei processori? Può aiutare a diminuire il leakage nei circuiti al silicio (quindi è utilizzabile in processori ibridi silicio/grafene?)?
Comunque se hanno raggiunto i 100 Ghz con un gate di 240nm, significa che i margini di miglioramento sono enormi. Se non sbaglio, per il transistor al grafene si parlava di possibilità dell'ordine dei Teraherz, cosa che mi sembra raggiungebile con gate di qualche nm di diametro.
Lowenz cosa intendi con tecnologicamente dietro l'angolo? 5 anni?

Nell'elettronica digitale.....non c'è solo elettronica digitale come insegna Ripamonti al PoliMI, ma anche tanta elettronica analogica
Quindi questi transistor potrebbe essere usati in elettronica analogica (amplificatori) come in parti di quella digitale per ovviare ad alcuni problemi MA NON legati alla logica CMOS.

L'eccitazione deriva dal fatto che non c'è da cambiare tecnologia per produrli!
Quindi volendo 5 anni sarebbero sufficienti per implementarne la produzione su scala.