Computerworld News Service: Ved hjælp af en ændring i opskriften har IBM skabt en processor baseret på materialet graphen (betegnelsen for de kulstoflag, som grafitkrystaller er opbygget af, red.), der kan køre ved 100 gigahertz, hvilket er næsten fire gange så hurtigt som tidligere eksperimentelle graphen-chip.
Med denne forskning har IBM også vist, at graphen-baserede transistorer kan produceres på såkaldte wafers eller chip-plader, hvilket kan vise sig at bane vejen for masseproduktion af graphen-chip, siger Yu-Ming Lin, der ledte dette forskningsarbejde hos IBM.
Kommercielt udnyttet kan graphen-processorer lægge grunden til en langt bedre signalbehandling, der vil forbedre kvaliteten af lyd- og videooptagelse, radarbilleder og medicinsk billedbehandling.
IBM har udført forskningen på vegne af USA's forsvarsministeriums udviklingsafdeling, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), under et forskningsprogram om at udvikle højtydende radiofrekvens-transistorer. En videnskabelig artikel, der beskriver forskningsresultaterne er udgivet i udgaven fra 5. februar af tidsskriftet Science.
Graphen er et hexagonalt gitter af kulstofatomer. Hvert lag har en tykkelse på kun et enkelt atom og kan transportere elektroner hurtigere end andre halvledere, hvilket er en egenskab, der kaldes elektronmobilitet.
"Det gør graphen til et lovende materiale til brug i elektroniske komponenter med høj hastighed eller høj frekvens," forklarer Lin.
Denne prototype-processor er skabt på en wafer på to tommer men kunne i princippet være produceret på større chip-plader, hvilket ville nedbringe produktions-omkostningerne, fortæller Lin. Graphen fremstilles ved at opvarme en wafer af siliciumkarbid, så siliciumet fordamper.
Transistor uden "tænd/sluk"
Indtil nu har ulempen ved graphen været, at materialet er meget følsomt overfor miljøfaktorer. Under fremstillingsprocessen aflejres et oxid-lag henover graphenen, som derved fungerer som gate-isolator. Denne aflejring forringer ofte graphenens elektronmobilitet på grund af fejl i oxiden, der spreder elektronerne i graphenen.
Forskerne hos IBM har minimeret skaden ved at holde graphenen adskilt fra oxiden med et meget tyndt lag polymer.
Denne ny tilgang har været afgørende i, at det er lykkedes forskerne, at næsten firedoble graphen-chippenes frekvens. Sidste år demonstrerede forskerhold fra både IBM og Massachusetts Institute of Technology graphen-processorer med frekvenser på omkring 26 gigahertz.
Til sammenligning har det kun været muligt at skalere silicium-baserede transistorer af samme gate-længde på 240 nanometer op til en frekvens på omkring 40 gigahertz.
Den ny forskning peger også mod kommerciel anvendelse. Den viser, at "det er muligt at producere graphen i høj kvalitet i wafer-størrelse, og at det er muligt at fremstille graphen-transistorer ved hjælp af de teknikker, der i forvejen anvendes i fremstillingen af halvledere," opsummerer Lin.
Nu skal man ikke tro, at graphen kommer til at erstatte de almindelige silicium-baserede mikroprocessorer i vores computere i hvert fald ikke lige i nær fremtid. En af de største forhindringer er, at graphen ikke fungerer optimalt til separate elektroniske signaler, forklarer Lin.
Årsagen er, at graphen er en såkaldt nul-energigab-halvleder, hvilket betyder, at der ikke er nogen energiforskel mellem dens ledende og ikke-ledende tilstande. Derfor kan transistorer lavet af denne halvleder ikke slåes til og fra.
Silicium har derimod et energigab på en elektronvolt, hvilket gør materialet velegnet til behandling af digitale signaler, forklarer Lin.
Graphen er i stedet bedre egnet til analoge transistorer såsom signalprocessorer og forstærkere. Sådanne kredsløb er i dag som regel lavet af materialet galliumarsenid (GaAs), som dog langt fra leverer en elektronmobilitet på højde med graphen.
Oversat af Thomas Bøndergaard
