Team bygger det første integrerede digitale grafenkredsløb til at fungere ved gigahertz-frekvenser

(Phys.org) – Et forskerhold med medlemmer fra USA og Italien er lykkedes med at bygge et integreret grafen digitalt kredsløb, der er i stand til at fungere ved gigahertz-frekvenser. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , holdet beskriver, hvordan de byggede deres kredsløb, dens ydeevne, og dens begrænsninger.

Forskere rundt om i verden fortsætter med at se på grafen som et middel til at overvinde størrelsesbegrænsningerne for silicium - hvilket gør kredsløb mindre end 10nm. Grafen er en ideel kandidat, fordi elektroner kan passere gennem det enkelte lag af kulstofatomer, som om de ikke havde nogen masse. Desværre, grafen er ikke en halvleder, derfor skal andre materialer inkluderes i en enhed for at tillade grafen at blive brugt i et kredsløb. Til dato, bestræbelserne på at gøre det har kun haft begrænset succes - nuværende lækager ved knudepunkterne fører til dårlig ydeevne.

I denne nye indsats, forskerne byggede en ringoscillator - et kredsløb, der blev brugt til at evaluere ydeevnegrænserne for digitale elektroniske enheder - baseret på grafen ved hjælp af en ny teknik (forudgående forsøg fra andre hold på at bygge sådan en enhed udviste begrænset ydeevne). For at skabe en stærkere forbindelse mellem grafen og andre komponenter, holdet dyrkede grafen direkte på dem. Når alle brikkerne var på plads, holdet testede enheden ved at anvende elektricitet, langsomt at sænke spændingen. Som de gjorde det, oscillationsfrekvensen steg - fra 350MHz til 1,2GHz. En sådan frekvens er rutine for siliciumbaserede enheder, men markerer et nyt højdepunkt for dem, der er baseret på grafen.

Ved at køre deres kredsløb, forskerne bemærkede en funktion ved deres enhed, der faktisk var bedre end dem, der var baseret på silicium - ydeevnen blev ikke forringet på grund af udsving i spændingen. De anerkender også, at ligesom andre enheder baseret på grafen, der var stadig for meget strømlækage, og dens hastighed var begrænset af modstanden ved grafenen og dens substratgrænse. Det betyder, at deres grafen-baserede ringoscillator endnu ikke er klar til den virkelige verden. Stadig, de mener, at deres arbejde har vist, at grafen-baserede højfrekvente kredsløb kan laves, og at yderligere arbejde kan reducere modstanden og føre til højere frekvens grafen-baserede kredsløb.

© 2013 Phys.org