Графен поможет преодолеть предел быстродействия электронных коммуникаций

Новые исследования, проведенные в Массачусетском технологическом институте (МТИ), показали, что микросхемы способны работать с гораздо более высокой производительностью, чем современные чипы на базе кремния. Графен позволит, в частности, создавать телекоммуникационные устройства, значительно быстрее передающие данные.

Осциллограмма удвоения частоты электромагнитного сигнала, полученного с помощью экспериментального графенового чипа

В Microsystems Technology Laboratories МТИ создан экспериментальный умножитель частоты, изготовленный из графена – формы чистого углерода со специфическими электрофизическими свойствами. Эта разновидность материала была впервые получена в 2004 г., и уже представлены прототипы транзисторов из пленок слоем в один атом углерода.

Что касается последних экспериментов данной лаборатории МТИ, то они сосредоточены именно на умножителях частоты. В отличие от применяемых сейчас решений схема на графене не требует многих компонентов – она состоит всего из одного транзистора и выдает чистый незашумленный сигнал без необходимости его фильтрации.

Результаты недавних экспериментов в Microsystems Technology Laboratories, опубликованные в майском номере Electron Device Letters, показали, что схема умножителя на графене принципиально может быть создана.

«В электронике очень сложно генерировать частоты выше 4–5 ГГц, – объясняет один из руководителей проекта профессор МТИ Томас Паласиос (Tomаs Palacios), – однако новая графеновая технология способна сделать возможной реализацию практичных систем, работающих в диапазоне 500–1000 ГГц.

Проект группы, которую возглавляет Паласиос, еще находится на этапе исследований, но поскольку устройство базируется на относительно стандартных технологиях изготовления микросхем, по его мнению, появления коммерческих продуктов можно ожидать уже через один – максимум два года.

Томас Паласиос отмечает, что простым составлением графеновых чипов в параллельные группы можно добиваться многократного увеличения частоты.

Благодаря высокой подвижности электронов в графеновых структурах быстродействие устройств на их основе в 100 раз выше, чем в ныне используемых кремниевых полупроводниках. Однако все еще существуют определенные проблемы в получении стабильных графеновых материалов в промышленных условиях.

Графеновый чип

Графен впервые был отделен почти четыре года назад группой Андре Гейма (Andre Geim) из Манчестерского университета посредством отслаивания одного слоя материала от графитового кристалла с помощью клейкой ленты. Хотя при этом и получался чистый графен, такой метод не мог быть использован в индустриальных масштабах, поскольку даже для получения миллиграммов вещества требовалось крайне много времени и усилий.

На днях Джон Страйд (John Stride) из Университета Нового Южного Уэльса с коллегами из Организации ядерной физики и технологии Австралии представили новую технику получения графена из полностью неграфитовых предшественников – этанола и натрия. В результате реакции образуется белый порошок, который после нагревания темнеет. Полученный материал содержит сплавленные листы углерода, которые затем могут быть разбиты на отдельные с помощью ультразвука. Выход графена в итоге исчислялся граммами.

Это уже позволяет говорить о возможной разработке промышленных линий по выпуску графена. Если это произойдет и предположения Томаса Паласиоса о том, что для производства разработанного им устройства можно будет использовать нынешние линии по выпуску полупроводников, то, вероятно, уже к 2012 г. внутри наших смартфонов будут находится графеновые чипы, которые позволят передавать гигабиты данных в секунду.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365