Традиционная кремниевая электроника уже вплотную подбирается к своим физическим ограничениям и разработчикам становится все труднее двигать ее вперед. Но скоро она может получить качественный толчок благодаря разработчикам из IBM. Они стали первыми, кто создал полнофункциональную электрическую схему из графена, которая по своим возможностям копирует кремниевые микросхемы.
Графен – это очень перспективный материал из одноатомных слоев углерода, его первооткрыватель даже получил Нобелевскую премию. Благодаря своим уникальным свойствам он обещает значительный прорыв в электронике. Например, с его помощью ученые планирую разогнать Wi-Fi до терабитных скоростей и значительно повысить емкость литий-ионных батарей. Графен позволит также резко повысить частоту работы процессоров: ученым удалось разогнать его до 427 ГГц. Но это не более, чем лабораторные образцы, которым далеко до использования в реальных электронных схемах.
Разработчики из лаборатории IBM Research в Йорктаун Хайтс (штат Нью-Йорк) стали первыми, кто создал интегрированную систему на чипе полностью из графена. Ее можно использовать в мобильных устройствах, беспроводных средствах связи, носимой электроник и других областях – схема полностью рабочая и способна заменить аналогичные кремниевые чипы.
В качестве тестовой проверки разработчики встроили свою микросхему в беспроводное средство связи и передали текстовое сообщение с содержанием « I-B-M».
Представители IBM говорят, что это достижение инженеров открывает новую страницу углеродной электроники. Благодаря дешевизне карбона, микросхемы станут доступней, что означает популяризацию различных «умных» сенсоров, радиоидентификаторов и носимой электроники.
Как создавался графеновый чип
Графен имеет хорошие механические, оптические и электрические свойства, однако при производстве транзисторов из него легко разрушается. На доводку рабочего чипа из графена и создание способа его изготовления IBM потребовалось несколько лет: первый прототип она показала еще в 2011 году.
Чтобы упростить производство графеновой микросхемы, разработчики применили процесс, используемый при изготовлении кремниевых чипов. В результате удалось добиться в 10 тыс. раз лучшей производительности по сравнению с предыдущим поколением графеновых микросхем.
«Впервые кто-то смог использовать графен в микросхемах для беспроводной коммуникации с принятыми стандартами, предназначеными для кремниевой технологии», – отметил директор отдела физики в IBM Супратик Гута.
Размеры графенового чипа получились примерно такими же, как сегодня имеют кремниевые. Микросхема имеет площадь в 0,6 квадратных миллиметра и ее производят на кремниевых подложках диаметром 200 мм. Первые образцы такой электронике могут выполнять привычную беспроводную коммуникацию: принимать и отправлять текст на частоте в 4,3 ГГц.
О перспективах появления нового типа процессоров в бытовой электронике разработчики говорят, что это случится не раньше, чем через 20 лет. К тому же, это будут гибриды из кремния и графена, как тот, что изобрели в IBM.
