Forskere fremmer planen til at designe sømløse integrerede kredsløb ætset på grafen

(Phys.org) —Forskere i elektro- og computerteknik ved University of California, Santa Barbara har introduceret og modelleret et integreret kredsløbsdesignskema, hvor transistorer og sammenkoblinger er monolitisk mønstrede problemfrit på et ark grafen, et 2-dimensionelt plan af carbonatomer. Demonstrationen giver muligheder for ultra energieffektiv, fleksibel, og gennemsigtig elektronik.

Bulkmaterialer, der almindeligvis bruges til at fremstille CMOS-transitatorer og sammenkoblinger, udgør grundlæggende udfordringer i forbindelse med kontinuerlig formindskelse af deres funktionsstørrelser og lider af stigende "kontaktmodstand" mellem dem, som begge fører til forringet ydeevne og stigende energiforbrug. Grafenbaserede transistorer og sammenkoblinger er en lovende nanoskalateknologi, der potentielt kan løse problemer med traditionelle siliciumbaserede transistorer og metalforbindelser.

"Ud over dets atomisk tynde og uberørte overflader, grafen har et afstembart båndgab, som kan justeres ved litografisk skitsering af mønstre - smalle grafenbånd kan gøres halvledende, mens bredere bånd er metalliske. Derfor, sammenhængende grafenbånd kan forestilles fra det samme udgangsmateriale til at designe både aktive og passive enheder på en sømløs måde og lavere grænseflade/kontaktmodstande, " forklarede Kaustav Banerjee, professor i elektro- og computerteknik og direktør for Nanoelectronics Research Lab ved UCSB. Banerjees forskerhold omfatter også UCSB-forskere Jiahao Kang, Deblina Sarkar og Yasin Khatami. Deres arbejde blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

"Nøjagtig evaluering af elektrisk transport gennem de forskellige grafen nanoribbon-baserede enheder og sammenkoblinger og på tværs af deres grænseflader var nøglen til vores succesfulde kredsløbsdesign og optimering, " forklarede Jiahao Kang, en ph.d.-studerende i Banerjees gruppe og medforfatter til undersøgelsen. Banerjees gruppe var banebrydende for en metode, der brugte Non-Equilibrium Green's Function (NEGF) teknikken til at evaluere ydeevnen af ​​sådanne komplekse kredsløbsskemaer, der involverer mange heterojunctions. Denne metode blev brugt til at designe et "helt grafen" logisk kredsløb rapporteret i denne undersøgelse.

"Dette arbejde har demonstreret en løsning på det alvorlige kontaktmodstandsproblem, man støder på i konventionel halvlederteknologi, ved at give en innovativ idé om at bruge en fuldstændig grafen enhed-interconnect-ordning. Dette vil væsentligt forenkle IC-fremstillingsprocessen for grafenbaserede nanoelektroniske enheder." kommenterede Philip Kim, professor i fysik ved Columbia University, og en anerkendt videnskabsmand i grafenverdenen.

Som rapporteret i deres undersøgelse, de foreslåede all-graphene kredsløb har opnået 1,7 gange højere støjmargener og 1-2 årtier lavere statisk strømforbrug i forhold til den nuværende CMOS-teknologi. Ifølge Banerjee, med den igangværende verdensomspændende indsats inden for mønsterdannelse og doping af grafen, sådanne kredsløb kan realiseres i den nærmeste fremtid.

"Vi håber, at dette arbejde vil opmuntre og inspirere andre forskere til at udforske grafen og hinsides-grafen nye 2-dimensionelle krystaller til at designe sådanne 'båndgap konstruerede' kredsløb i den nærmeste fremtid, " tilføjede Banerjee.