IBM研發速度達26GHz的石墨烯晶體管

「我們迄今所量測到的最快石墨烯晶體管速度爲26GHz,閘極(gate)長度則爲150納米。」IBM院士、該公司納米科技部門經理Phaedon Avouris表示:「由于峰值頻率會與閘極長度成反比,我們相信,當石墨烯晶體管閘極長度進一步縮減至50納米,其速度將可達到兆赫等級。」

石墨烯的組成結構與類似雞籠鐵絲網、蜂巢狀晶格的碳納米管一樣;不過要把蜂巢狀晶格做成納米等級的管子有些困難,石墨烯晶體管是將碳原子沈積成薄膜,且能使用傳統的微影工具來制圖。

過去IBM能展示過一種層狀的石墨烯技術,能解決用狹窄帶狀石墨烯做爲晶體管信道時所産生的噪聲問題。在最近一次的展示中,IBM宣稱毫米波(millimeter-wavelength)通訊電路所需的兆赫頻率,能在石墨烯薄膜內達成。

IBM表示,閘極在頂部的石墨烯晶體管是使用絕緣上覆矽(silicon-on-insulator)晶圓片所制造,並透過執行不同的閘極電壓與長度來達到高頻的運作。研究結果顯示,石墨烯內的電流增益,會隨著頻率升高而降低的FET響應曲線(response curve)變化。

而峰值截止頻率(cut-off frequency),則是與閘極長度成反比,目前150納米閘極長度、26 GHz運作頻率是最高紀錄。

美國國防部高等研究計劃署(DRAPA)贊助了上述研究的一部份;DRAPA旨在探討碳電子組件在RF領域的應用,並希望能使用8吋以上晶圓所制造的石墨烯薄膜晶體管,制作出能運作于100GHz以上的寬帶、低噪聲放大器,以實現毫米波通訊。

IBM的研究團隊下一步將改善閘極介電質材料,以實現能在兆赫頻率範圍運作的RF電路。

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