Специалисты Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM (США) сконструировали графеновый полевой транзистор с расчетной граничной частотой 100 ГГц, на которой коэффициент усиления по току уменьшается до единицы.

Для создания графенового слоя ученые в течение двух минут выдерживали пластину карбида кремния при температуре 1450˚C. Затем методом электронной литографии формировались электроды истока и стока — слои титана, палладия и золота толщиной 1, 20 и 40 нм. На сохранившиеся между ними каналы открытого графена наносился защитный диэлектрический слой полигидроксистирола толщиной 10 нм; сверху располагались диоксид гафния, отличающийся высокой диэлектрической проницаемостью, и электрод затвора.

Длина затвора лучших из созданных транзисторов сравнительно велика и составляет 240 нм (современные кремниевые устройства, напомним, уже дошли до 32 нм). В опытах оценивалось функционирование транзисторов на частоте до 30 ГГц; граничную частоту в 100 ГГц исследователи получили путем экстраполяции. Стоит заметить, что предыдущий вариант графенового транзистора IBM, представленный в январе прошлого года, имел граничную частоту всего в 26 ГГц, а кремневые аналоги при сравнимой длине затвора демонстрируют значение 40 ГГц.

В будущем исследователи займутся уменьшением размеров и оптимизацией конструкции устройства и постараются повысить качество графенового слоя. Кроме того, им необходимо подумать над тем, как создать ненулевую запрещенную зону в графене, поскольку текущий вариант транзистора, в котором используется материал без запрещенной зоны, нельзя применять в схемах логики.

Результаты измерений коэффициента усиления по току для девяти транзисторов с длиной затвора L_G = 550 нм и трех устройств с L_G = 240 нм. «Устройство 1» работало при смещении стока на уровне 2,5 В, остальные — при 2 В.

Отчет об этой работе опубликован в журнале Science.

Для справки: благодаря тому, что электроны могут двигаться в графене с очень высокой скоростью (значительно большей чем в кремнии), графеновая электроника изначально сулит появление терагерцовых процессоров, скорость которых теоретически сможет превышать современные кремниевые полупроводники на пару порядков. Правда, для достижения высоких результатов учёным ещё предстоит прилично потрудиться над чистотой и однородностью получаемых графеновых пластин, поскольку именно от этого в первую очередь зависит возможность достижения предельных тактовых частот получаемых полупроводников.

Поводов для оптимизма в плане перспектив развития графеновой электроники предостаточно. И, хотя до сих пор никто не возьмётся указать дату или хотя бы год, когда в наших компьютерах, телевизорах и прочей бытовой электронике появятся первые графеновые «радиодетальки», время это стремительно приближается.

С одной стороны, у классической кремниевой электроники остаётся всё меньше времени до достижения физических лимитов технологии. С другой стороны, если развитие графеновой электроники ещё немного сохранит нынешние взрывные темпы, смена кремния графеном пройдёт плавно и вовремя, без нарушения непререкаемого до сих пор Закона Мура.