Графен, форма углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину, часто позиционируется в качестве перспективного материала, который способен заменить кремний в компьютерных чипах следующего поколения. Однако, согласно исследованиям, проведенным учеными из Стэнфордского университета, использование графена позволит ускорить минимум на 30 процентов и чипы существующей архитектуры. Для этого потребуется обернуть графеном вместо используемого сейчас нитрида тантала все медные проводники, связывающие между собой компоненты чипов и компоненты чипов с «внешним миром».

«В настоящее время исследовательские работы сосредоточены на разработке новых основных компонентов чипов, таких как транзисторы и т.п. Но ученые почему-то обходят стороной еще одну важную составляющую – соединительные проводники, улучшение которых также может оказать огромное влияние на производительность чипов» – рассказывает Х.-С Вонг (H.-S Wong), ведущий исследователь.

Оболочка из нитрида тантала, в которую облачают медные проводники современных чипов, выполняет сразу две функции. Она является дополнительным проводником электричества, позволяя, одновременно, изолировать медь от кремниевых элементов чипа. Наличие слоя нитрида тантала гарантирует то, что атомы меди не загрязнят поверхность кремниевых транзисторов, нарушив тем самым их работоспособность.

В своих исследованиях ученые из Стэнфорда выяснили, что покрытие медных проводников слоем графена позволит добиться такого же эффекта, как и нанесение покрытия из нитрида тантала. Но, толщина графенового покрытия минимум в восемь раз меньше толщины покрытия из нитрида тантала. Кроме этого, графен, обладающий высокой электрической проводимостью, является достаточно неплохим дополнительным проводником электронов, а электроны, передвигающиеся по кристаллической решетке графена от одного атома углерода к другому эффективно препятствуют атомам меди проникать наружу и загрязнять поверхность кремниевых элементов.

Известно, что медные проводники являются «тропами» по которым данные циркулируют внутри чипа и передаются наружу в виде результатов выполненных чипом операций. Графеновое покрытие позволяет увеличить скорости передачи данных по медным проводникам, оставив количество требующейся для этого энергии на прежнем уровне. Ученые оценили, что простая замена нитрида тантала покрытием из графена за счет увеличения скорости передачи данных принесет скромный прирост производительности, от 4 до 17 процентов.

Однако, по мере того, как сами транзисторы и размеры кристаллов чипов еще уменьшатся в размерах, прирост производительности за счет использования графеновых оберток проводников может подняться до впечатляющего значения, не ниже 30 процентов. И такой прирост может быть реализован в чипах в пределах следующих двух поколений (техпроцессов).

«Использование графена давно манит исследователей различными "вкусностями» в области промышленной электроники. И «тюнинг» медных проводников при помощи графена имеет шанс стать первой практической реализацией одной из перспективных графеновых технологий" – в завершении добавил Х.-С Вонг.