Ingeniører opnår verdensrekord med højhastighedsgrafen-transistorer

(PhysOrg.com) -- Graphene, et et-atom-tykt lag af grafitisk kulstof, har et stort potentiale til at lave elektroniske enheder såsom radioer, computere og telefoner hurtigere og mindre. Men dets unikke egenskaber har også ført til vanskeligheder med at integrere materialet i sådanne enheder.

I et papir offentliggjort 1. september i tidsskriftet Natur , en gruppe UCLA-forskere demonstrerer, hvordan de har overvundet nogle af disse vanskeligheder for at fremstille den hurtigste grafentransistor til dato.

Med den højest kendte transportørmobilitet-den hastighed, hvormed elektronisk information transmitteres af et materiale-er grafen en god kandidat til højhastigheds radiofrekvent elektronik. Men traditionelle teknikker til fremstilling af materialet fører ofte til forringelse af enhedens kvalitet.

UCLA-holdet, ledet af professor i kemi og biokemi Xiangfeng Duan, har udviklet en ny fremstillingsproces til grafentransistorer, der bruger en nanotråd som selvjusterende gate.

Selvjusterede porte er et nøgleelement i moderne transistorer, som er halvlederenheder, der bruges til at forstærke og skifte elektroniske signaler. Gates bruges til at skifte transistoren mellem forskellige tilstande, og selvjusterede porte blev udviklet til at håndtere problemer med fejljustering, der er stødt på grund af den krympende omfang af elektronik.

For at udvikle den nye fremstillingsteknik, Duan gik sammen med to andre forskere fra California NanoSystems Institute ved UCLA, Yu Huang, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved Henry Samueli School of Engineering and Applied Sciences, og Kang Wang, en professor i elektroteknik ved Samueli-skolen.

"Denne nye strategi overvinder to begrænsninger, man tidligere har stødt på i grafentransistorer, "Sagde Duan." Først, det producerer ikke nogen nævneværdige defekter i grafenet under fremstillingen, så den høje transportørmobilitet bevares. Sekund, ved at bruge en selvjusteret tilgang med en nanotråd som port, gruppen var i stand til at overvinde tilpasningsvanskeligheder, der tidligere er stødt på, og fremstille meget korte kanaler med en hidtil uset ydeevne."

Disse fremskridt gjorde det muligt for holdet at demonstrere de højeste hastighedsgrafentransistorer til dato, med en afskæringsfrekvens på op til 300 GHz — sammenlignelig med de allerbedste transistorer fra materialer med høj elektronmobilitet som galliumarsenid eller indiumphosphid.

"Vi er meget begejstrede for vores tilgang og resultaterne, og vi gør i øjeblikket en ekstra indsats for at skalere tilgangen og yderligere øge hastigheden. "sagde Lei Liao, en postdoc ved UCLA.

Højhastigheds radiofrekvenselektronik kan også finde mange anvendelser i mikrobølgekommunikation, billed- og radarteknologier.