Графеновые транзисторы

Значительное возрастание быстродействия компьютеров за последние несколько десятков лет может вскоре прекратиться. Одна из причин — физические ограничения кремния. Но в декабре прошлого года, в небольшом конференц зале, до отказа забитом по большей части представителями полупроводниковой индустрии, профессор Технологического института в Джорджии Вальтер де Хеер (Walter de Heer) рассказал о необычной альтернативе кремнию, способной, возможно, превзойти его в скорости. Этот материал — графен, заурядное, на первый взгляд, вещество, которое можно найти в сердцевине любого карандаша.

Теоретическое моделирование показало, что из графена — углерода, организованного слоями в атом толщиной,— можно делать транзисторы, по своему быстродействию превосходящие современные кремниевые более чем в сто раз. Де Хеер сообщил, что работает над матрицей из графеновых транзисторов на одном чипе. И хотя транзисторы еще не оправдывают возложенных на них ожиданий, матрицы, изготовленные при участии Линкольновской лаборатории MIT, уже принесли много доказательств практичности графена для электроники следующих поколений.

В настоящее время кремниевые процессоры могут выполнять без перегрева только определенное число операций в секунду. Но через графен электроны проходят практически без сопротивления, вырабатывая лишь незначительное тепло. Более того, графен и сам по себе является хорошим теплопроводником, позволяя быстро рассеиваться теплу. Благодаря этим и другим факторам электроника на основе графена может работать на гораздо более высоких скоростях. Если кремний застрял в гигагерцевом диапазоне, то с графеном, как утверждает де Хеер, вполне возможно выйти в терагерцевый, что в тысячи раз больше.

Помимо быстродействующих компьютеров графеновая электроника может найти себе применение в технологиях связи и передачи изображений, нуждающихся в сверхбыстрых транзисторах. Причем скорость — не единственное преимущества графена. Кремний не теряет своих электронных свойств при размерах до 10 нанометров. Но базовые физические свойств графена остаются теми же — а электронные даже улучшаются — при размерах меньше одного нанометра.

Интрес к графену был вызван первоначально разработками углеродных нанотрубок как потенциальных наследников кремнию. Углеродные нанотрубки, по сути дела являющиеся листами графена, свернутыми в цилиндры, обладают великолепными электронными характеристиками, подходящими для электроники с высочайшей производительностью. Однако до сих пор не найдено подходящих методов трудоемкой сортировки и позиционирования нанотрубок для получения сложных цепей. Работать с графеном гораздо проще.

Устройства, анонсированные де Хеером в декабре, выполнены из графена практически по той же технологии, что и современные кремниевые микросхемы. Это делает разработку тем более привлекательной для представителей промышленности. Например, работу де Хеера финансировала Intel, а Hewlett-Packard и IBM проводят самостоятельные исследования.