Szerző: Hlács Ferenc

2014. február 04. 11:37:00

Sebességrekorder grafénchip az IBM-től

Elődeinél tízezerszer gyorsabb grafén alapú chipet fejlesztett az IBM. Az analóg lapka különlegessége, hogy kompatibilis a szilícium alapú eszközök gyártásánál használt szabványos CMOS eljárásokkal is, és előállítása során a kutatóknak sikerült kiküszöbölni az egyetlen atom vastagságú anyag károsodását is.

A világ legfejlettebb grafén alapú chipjét hozták létre az IBM Research kutatói. A lapka teljesítménye csaknem tízezerszerese a korábbi grafén-áramkörök teljesítményének. Az áttörést egy új gyártási módszer segítségével sikerült elérni, amellyel a grafén anélkül vihető fel a chipekre, hogy az érzékeny anyag károsodna. Ez korábban rendkívül komoly nehézséget jelentett, ami nem meglepő, hiszen egyetlen atom vastagságú anyagrétegről van szó.

Talán még ennél is fontosabb, hogy az új eljárás kompatibilis a hagyományos szilícium alapú CMOS technológiai eljárásokkal, azaz egyre jobban közeledünk egy kereskedelmi forgalomba hozható grafén chip előállításához. Az ominózus lapka egy szabványos 200 milliméteres ostyára épült hagyományos CMOS gyártási eljárással. A végeredmény egy rádiós vevő, amely egy hagyományos chiphez hasonlóan épül fel: találunk benne ellenállásokat, tranzisztorokat és kondenzátorokat is, a tranzisztor csatornák azonban grafénból készültek. Az ígéretes eszköz képességei jelenleg kimerülnek abban, hogy a 4,3 gigahertzes frekvenciasávban képes rádióhullámokat fogni, így szuperszámítógépnek még korai lenne nevezni.

Megfordított gyártás

Az áttörést a gyártási folyamatban érték el, méghozzá úgy, hogy azt egyszerűen megfordították. A korábbi kísérletek során ugyanis, mikor grafénből próbáltak térvezérlésű tranzisztorokat (FET) előállítani, először az aktív elemeket, azaz tranzisztorokat és grafén-csatornáikat vitték fel a waferre, majd ezeket követték a passzív ellenállások és kondenzátorok. Mivel a grafén egyetlen atomréteg vékony, és a felülethez is aránylag gyengén rögzül, utóbbi elemek felhelyezése könnyedén károsíthatta a GFET-ket. Ennek kiküszöbölésére az IBM elhatározta, hogy a másik oldalról támad: a passzív komponensekkel kezd, és csak ezek után jönnek majd az érzékeny grafénelemek

Machine learning és Scrum alapozó képzések indulnak! (x) A HWSW októberben induló gyakorlatorientált, 10 alkalmas, 30 órás online képzéseire most early bird kedvezménnyel lehet regisztrálni!

A gyártás során a grafént egy kemencébe helyezett rézfólián hozzák létre, amelyben levegő helyett metán található. A fóliát 1050 Celsius fokra hevítik, ekkor rakódik le rajta az egyetlen atom vastagságú réteg. A rezet aztán oldószerrel eltávolítják, míg végül csak az áttetsző grafén marad. A szilíciumból készült ostya - amelyre korábban már felkerültek a passzív elemek - aztán gyakorlatilag “kimerik” az oldószerből a hátramaradt grafént, amely így egyúttal helyére is kerül. Az IBM kutatói az Extremetech-nek elmondták, jelenleg ez a legegyszerűbb módszer a grafén előállítására, ugyanakkor korántsem a leghatékonyabb, mivel az így létrejött anyag minősége nem a legjobb, ráadásul a réz szubsztrát feloldása sem olcsó folyamat.

A digitális felhasználás még odébb van

A most legyártott, elődeihez képest meglehetősen impresszív chip ugyanakkor továbbra is analóg darab. Az IBM Research ugyanis még nem találta meg a módját, hogy a grafén hogyan kapja meg a digitális eszközök elkészítéséhez nélkülözhetetlen tiltott sávot, azaz azt az energiaintervallumot, amelynek módosításával az anyagok elektromos tulajdonságai változtathatók. Az IBM ezért a processzorok következő generációjához elsősorban szén-nanocsövekben gondolkodik, a grafén ugyanakkor az analóg felhasználási területeken is komoly előnyökkel kecsegtet, mivel akár 500 gigahertzes frekvencián működik, ami jóval meghaladja az RF eszközökben jelenleg használt anyagok képességeit.

Az október 25-26-án rendezett eseményen közel ötven nemzetközi előadó is színpadra áll, 16 országból - a leggyorsabb jegyvásárlók pedig ESP32-alapú hacking badge-et is kapnak!

a címlapról