Первая интегральная схема на графене

Специалистам IBM Research, исследовательского подразделения компании IBM, удалось сделать значительный шаг в создании «строительных блоков» беспроводных устройств будущего. Ими создана первая в мире интегральная схема из графена, при изготовлении которой применены технологии, совместимые с теми, что используются сейчас при обработке кремниевых пластин. Схема продемонстрировала работоспособность на частотах до 10 ГГц.

Эта аналоговая схема на базе графена, предназначенная для беспроводной связи, показывает направление, в котором могут развиваться современные технологии.

Напомним, графен — материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, образующих структуру, напоминающую соты. Он обладает выдающимися электрическими, оптическими, механическими и термическими свойствами. Использование графена в микроэлектронике помогло бы уменьшить энергопотребление устройств и освоить более высокие частоты.

Хотя привлекательные свойства графена уже подтверждены исследованиями, практическое использование этого материала сталкивается со сложностями, возникающими при попытке интеграции графеновых транзисторов и других компонентов в одной микросхеме. Основные препятствия — плохая адгезия к металлам и оксидам и отсутствие надежных схем производства, позволяющих тиражировать схемы с приемлемым коэффициентом выхода годной продукции.

Интегральная схема, созданная в IBM, состоит из графенового транзистора и пары катушек индуктивности, компактно интегрированных на пластине карбида кремния (SiC). Она изготовлена с применением техпроцесса, который сохраняет высокое качество графена, одновременно обеспечивая интеграцию других компонентов.

Графен был получен на поверхности пластины SiC термическим отжигом. При этом использовалось четыре слоя металла и два слоя оксида, из которых сформировался транзистор с верхним расположением затвора, катушки индуктивности и соединения между этими компонентами.

Схема выполняет функцию широкополосного смесителя, который формирует суммарный и разностный сигнал входных частот. Такой компонент является одним из основных во многих электронных схемах. Схема сохраняла работоспособность на частотах до 10 ГГц при температурах до 125°C.

Важно, что предложенный способ производства совместим с современными техпроцессами, включая вакуумное напыление и оптическую литографию.