IBM: dimostrazione di un transistor in grafene da 100GHz

Un gruppo di ricercatori di IBM Research ha recentemente pubblicato su Science la dimostrazione della realizzazione di un transistor in grafene a radio frequenza con una frequenza di cut-off di 100 miliardi di cicli al secondo (100 GHz), la più elevata mai raggiunta fino ad ora.

Questo risultato rappresenta un traguardo chiave per il programma Carbon Electronics for RF Applications (CERA), fondato dal DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency- allo scopo di supportare lo sviluppo della prossima generazione di dispositivi di comunicazione.

L'elevata frequenza record è stata raggiunta grazie all'impiego di grafene fatta crescere in maniera epitassiale su tutta la superficie del wafer, utilizzando tecnologie di processo compatibili con quelle impiegate nella produzione di dispositivi di silicio avanzati.

T.C. Chen, vicepresidente della divisione Science and Technology, IBM Research, ha dichiarato: "Un vantaggio chiave della grafene è rappresentato dall'elevata mobilità degli elettroni, caratteristica essenziale per realizzare la prossima generazione di transistor ad elevate velocità e prestazioni. Il traguardo che abbiamo raggiunto dimostra chiaramente che la grafene può essere utilizzata per realizzare dispositivi ad elevate prestazioni e circuiti integrati".

La grafene è uno strato di carbonio dello spessore di appena un atomo legato in una struttura sagonale simile ad un nido d'ape. Questa forma di carbonio bidimensionale è caratterizzato da proprietà ottiche, termiche e meccaniche uniche, le cui applicazioni tecnologiche saranno presto esplorate con grande attenzione.

Wafer di grafene uniformi e di alta qualità sono stati sintetizzati dalla decomposizione termica di un substrato di carburi di silicio (SiC). Il transistor di grafene stesso utilizza un'architettura metal top-gate e un nuovo isolante di gate che prevede l'impiego di un polimero e un ossido ad elevata costante dielettrica.

La lunghezza del gate è di 240 nanometri, una caratteristica che lascia ampio spazio ad ottimizzazioni future semplicemente riducendo la lunghezza del gate. A tal proposito è interessante sottolineare come la frequenza di cut-off raggiunta in questa dimostrazione sia superiore, a parità di lunghezza del gate, alla frequenza di cut-off ottenuta con i migliori transistor prodotti in maniera tradizionale, che arriva ad essere di 40GHz.