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IBM研發速度達26GHz的石墨烯電晶體

上網時間: 2008年12月23日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:石墨烯  電晶體  terahertz 

IBM宣佈研發出號稱全世界速度最快的石墨烯(graphene)場效電晶體(FET),可在26GHz頻率下運作。該公司Thomas J. Watson研究中心的研究人員並預測,碳元素更高的電子遷移率,可望使該種材料超越的極限,達到100GHz以上的速度跨入兆赫(terahertz)領域。

「我們迄今所量測到的最快石墨烯電晶體速度為26GHz,閘極(gate)長度則為150奈米。」IBM院士、該公司奈米科技部門經理Phaedon Avouris表示:「由於峰值頻率會與閘極長度成反比,我們相信,當石墨烯電晶體閘極長度進一步縮減至50奈米,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、蜂巢狀晶格的碳奈米管一樣;不過要把蜂巢狀晶格做成奈米等級的管子有些困難,石墨烯電晶體是將碳原子沉積成薄膜,且能使用傳統的微影工具來製圖。

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為電晶體通道時所產生的雜訊問題。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電晶體是使用絕緣上覆矽(silicon-on-insulator)晶圓片所製造,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奈米閘極長度、26 GHz運作頻率是最高紀錄。

美國國防部高等研究計畫署(DRAPA)贊助了上述研究的一部份;DRAPA旨在探討碳電子元件在RF領域的應用,並希望能使用8吋以上晶圓所製造的石墨烯薄膜電晶體,製作出能運作於100GHz以上的寬頻、低雜訊放大器,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。

(參考原文:IBM claims fastest graphene transistor,by R. Colin Johnson)





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