IBM работает над созданием 100-ГГц процессоров

Основной кандидат на смену кремнию, по мнению многих экспертов, - это графен, представляющий собой двухмерный аналог более популярного кристаллического графита.

Исследователей в этом материале привлекает его идеальная электропроводность и способность идеально быстро взаимодействовать с электронами. Теоретически, этот материал способен в 100 раз быстрее проводить электроны, нежели кремний. Данное обстоятельство делает этот материал идеальным для высокоскоростных операций атомного масштаба. Помимо этого, электрические свойства графена поддаются идеальному контролю и переключение его атомов из одного состояния в другое (из полупроводникового в изоляционное) - это технический вопрос.

На этой неделе в научном журнале Science появилась публикация исследователей IBM, создавших графеновые эффективные полярные транзисторы, способные работать на скорости до 100 гигагерц, то есть их атомы способны переходить из одного состояния в другое 100 млрд раз в секунду. Исследователи разместили рабочую поверхностью из графена на подложке из кремния. При помощи существующих технологий производства микрочипов инженеры из IBM утопили графеновый слой в подложке и создали специальные затворки.

В публикации IBM отмечается, что именно данный подход имеет значение, так как до сих пор ученые не рассматривали возможность интеграции графена в кремний и рассматривали эти два материала по отдельности. Графен, используемый в экспериментах, был двуслойным, то есть его толщина составляла два атомных слоя. Длина одного условного транзистора из графена составляет 240 нанометров, что конечно больше современных 32-нанометровых кремниевых транзисторов, однако в случае с графеном размеры транзистора уже не так важны, так как они могут работать на существенно более высоких скоростях.

Основной из существующих в настоящее время способов получения графена основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоёв графита. Он позволяет получать наиболее качественные образцы с высокой подвижностью носителей. Этот метод не предполагает использования масштабного производства, поскольку это ручная процедура. Другой известный способ — метод термического разложения подложки карбида кремния гораздо ближе к промышленному производству. Поскольку графен впервые был получен только в 2004 году, он ещё недостаточно хорошо изучен и привлекает к себе повышенный интерес.

В исследовательской лаборатории IBM в Нью-Йорке говорят, что графен имеет все шансы стать основным элементом для будущих наноэлектрических устройств. В перспективе графен может стать тем же, чем 50 лет назад стал кремний.

«Сегодня мы говорим о создании высококачественного графенового транзистора, может показаться, что 26 гигагерц не выглядят впечатляюще, так как рекорд в 1000 гигагерц принадлежит транзисторам из фосфида индия. Однако 26 гигагерц - это совсем неплохо для начала. Для того, чтобы создать кремниевый транзистор с такой частотой потребовалось 40 лет», - говорят в IBM.

В IBM говорят, что из всех потенциально перспективных материалов для схемотехники именно графен имеет наименьшее время отклика на присутствие электрического поля. Следовательно, здесь один из самых высоких запасов по будущему наращиванию частоты работы. По словам инженеров, сейчас графеновые транзисторы работают на частоте около 30 ГГц, однако при минимальной модификации графеновый чип сможет функционировать на частоте в 100 ГГц.