300 GHz już teraz, w przyszłości 1 THz i jeszcze więcej

Grafen i nanoprzewody wkraczają do akcji. Pół roku temu świat obiegła informacja o stworzeniu przez IBM tranzystora mogącego pracować z częstotliwością 100 GHz. Zamiast wszechobecnego w układach scalonych krzemu, użyto jego najprawdopodobniejszego obecnie następcy – grafenu. Co powiecie w takim razie na 300 GHz? Osiągnięte z użyciem tego samego materiału, lecz przy wykorzystaniu techniki całkiem innej niż opracowana przez inżynierów IBM.

Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles dostrzegli pewien problem w adaptowaniu grafenu do produkcji tranzystorów. Substancja ta pozwala na bardzo łatwy przepływ ładunku elektrycznego, jednak konwencjonalna budowa tranzystora, w którym źródło, bramka i dren zbudowane są z metalowych elektrod, nie pozwala wykorzystać oferowanego potencjału.

Postanowiono więc zmienić podejście do sprawy. Do budowy bramki tranzystora użyto tak zwanego nanoprzewodu, wykonanego z krzemku kobaltu pokrytego cienką warstwą izolującą zbudowaną z tlenku aluminium i zakończonego wyprowadzeniem z mieszanki złota i tytanu. Z niej zrobiono także źródło i dren tranzystora. Całość okryto ochronną powłoką z platyny, łączącą się z grafenem. Pozwoliło to na całkowite wyeliminowanie "dziur" mogących przepuszczać prąd do kanału tranzystora w innym miejscu niż brama i tym samym zmniejszać efektywność działania elementu.

Jedynym ograniczeniem wielkości tak zbudowanego tranzystora jest średnica nanoprzewodu, która w prototypach stworzonych przez badaczy Uniwersytetu była równa od 100 do 300 nanometrom. Podczas gdy zmiana stanu tranzystora z częstotliwością 300 GHz została osiągnięta przy 120 nanometrach, zmniejszanie średnicy nanoprzewodu ma skutkować jeszcze większymi prędkościami. Przykładowo, dla 50 nm ma to być około 1 THz!

Wszystko wygląda naprawdę pięknie, można chociażby wyobrazić sobie, jakie częstotliwości mogą zostać uzyskane przy wymiarze technologicznym poniżej jednego nanometra, możliwym do zastosowania przy użyciu grafenu. Jest jednak małe "ale”, na które uwagę zwrócili inżynierowie IBM odpowiadający za stworzenie 100-gigahercowego tranzystora. Sposób zaprezentowany przez badaczy z Kalifornii nie nadaje się do produkcji masowej. Zrywa z technikami wykorzystywanymi w produkcji tranzystorów krzemowych, trzeba by więc stworzyć nowe, o wiele bardziej zaawansowane i precyzyjne, a co za tym idzie – droższe, linie produkcyjne. Użycie nanoprzewodów jest więc efektywniejsze, ale zwyczajnie nieopłacalne. Rozwiązanie IBM nie ma tej wady, zakłada po prostu wykorzystanie grafenu zamiast krzemu, w tradycyjnym procesie produkcji.

Jeżeli za produkcję procesorów grafenowych wziąłby się Intel, ciekawe, jak by je nazwano... Carbon Bridge?

Za bit-tech