石墨烯晶体管开关频率提高1000倍
2011年02月10日 星期四 放大
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石墨烯晶体管开关频率提高1000倍
本报讯 （记者刘霞）据美国物理学家组织网2月9日（北京时间）报道，美国科学家使用世界上最纤薄的材料——石墨烯研制出一种晶体管，新晶体管拥有创纪录的开关性能，将开关频率提高了1000多倍，这使得其可以广泛应用于未来的电子设备和计算机中，使其功能更强，性能更优异。
美国南安普敦大学纳米研究小组的扎卡里亚·摩卡塔德博士将石墨烯设置成二维的蜂巢结构，并由此研发出了该石墨烯场效应晶体管（GFETs），该晶体管拥有一个独特的管道结构，相关研究发表在《电子快报》杂志上。
摩卡塔德表示，硅互补金属氧化物半导体（CMOS）的尺寸不断缩减，正在逼近其极限，因此需要找到合适的替代物，而在电子领域，石墨烯有望取代硅，至少能同硅集成在一起使用，但石墨烯固有的物理特性使其很难切断电流。该纳米研究小组的主任希罗斯·米祖塔说：“全球有很多科学家在殚精竭虑地进行研究，试图切断GFETs的管道，但目前的方法要么要求管道的宽度小于10纳米，要么需要在双层石墨烯层上垂直施加超高的电压，这使得通过这些方法得到的开关频率都无法达到实际应用需要的标准。”
摩卡塔德研究发现，通过在双层石墨烯纳米线中引入几何形状（比如弯管和边角等），可以有效地切断电流。米祖塔表示，摩卡塔德研制出的晶体管将开关频率提高了1000多倍。
该校电子和计算机科学系主任哈维·鲁特表示：“这是一个重要的突破，其对下一代计算机、通讯和电子设备的研发具有重要意义，借此，我们可以超越目前已有的CMOS技术，研发出更加高级的晶体管。将几何形状引入石墨烯管道内是一个新想法，该方法在让GFETs保持结构简单的同时获得卓越的性能，因此，可以很容易实现商业化生产。”
摩卡塔德现正在进行更进一步的研究，以了解致使电流在该石墨烯晶体管管道内停止流动的机制。
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就载流子迁移而言，石墨烯本来就比硅快100—1000倍，所以提高频率并不难,难的是工艺和技术上的许多纠结尚未理清。《科学》杂志一年前曾报道，IBM开发的石墨烯场效应晶体管的截止频率达100G赫兹。若以此为参照，南安普敦大学至少把这个数字推升到了100太赫兹的量级。果真如此，我们必须对摩卡塔德博士竖起大拇指。这两年,该领域研究的井喷势头让人不能不信,石墨烯作为硅的接班人，将引领半导体工业进入一个新的微缩时代。