IBM crea un chip de grafeno que es 10.000 veces más rápido, utilizando procesos CMOS estándar

Sebastian Anthony sosteniendo una oblea de chips de grafeno en IBM Research

Los ingenieros de IBM Research han construido el chip basado en grafeno más avanzado del mundo, con un rendimiento 10.000 veces mejor que los circuitos integrados de grafeno anteriores. La clave del avance es una nueva técnica de fabricación que permite que el grafeno se deposite en el chip sin que se dañe (algo que hasta ahora ha sido muy difícil de lograr). Sin embargo, quizás lo más importante es que este nuevo método es realmente compatible con los procesos CMOS de silicio estándar. En resumen, estamos más cerca que nunca de realizar un chip de computadora de grafeno comercial.

Por suerte, pude sostener una oblea de estos chips de grafeno cuando visité IBM Research en diciembre. Eso es mi mano en la foto de arriba, y la foto de abajo de una oblea de grafeno que se está probando fue tomada por mí. También pude ver las máquinas y herramientas que IBM usa para crear grafeno a granel, y la fábrica CMOS donde se producen las obleas de silicio subyacentes. En resumen, estoy en una posición bastante única para contarles todo sobre el chip de grafeno de IBM, incluidas las cosas que no se mencionan en el comunicado de prensa.

Cómo IBM Research construyó un circuito integrado de grafeno

Cómo IBM Research construyó un circuito integrado de grafeno



Lo que IBM Research ha construido es un chip de silicio, en una oblea de silicio estándar de 200 mm, utilizando un proceso de fabricación CMOS estándar. Este chip, que es un receptor de radiofrecuencia (RF), es solo un chip normal, con resistencias, condensadores y transistores, excepto por un bit: los canales del transistor están hechos de grafeno. La función del chip es muy rudimentaria: recibe y restaura señales inalámbricas en el rango de 4,3 GHz.

Entonces, ¿cuál es el gran avance? Básicamente, intentos anteriores de crear GFET (transistores de efecto de campo de grafeno) han utilizado procesos estándar BEOL (final de línea), donde los componentes activos (el transistor y su canal de grafeno) se construyen primero en la oblea, y luego en el resto de los componentes pasivos (condensadores, resistencias ) y se agregan interconexiones. El problema es que, debido a la débil adhesión del grafeno y la frágil composición de un solo átomo de espesor, este proceso daña los GFET. Para evitar esto, IBM primero construye los componentes pasivos y luego solo deposita una capa de grafeno justo al final, para completar la fabricación de los transistores. Es un cambio relativamente simple, pero funciona bastante bien. (Trabajo de investigación:doi: 10.1038 / ncomms4086- “Circuito integrado del receptor de radiofrecuencia de grafeno”)

Una oblea de chips de grafeno, que se está probando en IBM Research

Una oblea de chips de grafeno, que se está probando en IBM Research

En caso de que se lo pregunte, el grafeno se cultiva en un horno. Se coloca una lámina de cobre en un horno a 1050 ° C (1922 ° F) con una atmósfera de metano, lo que da como resultado una única capa de grafeno que se deposita sobre la lámina. El cobre se disuelve en un baño, dejando una capa de grafeno flotando allí. La oblea de silicio, con todos los componentes pasivos ya en su lugar, se utiliza para 'sacar' la capa de grafeno del baño. (Tenga en cuenta que el grafeno también es transparente). Actualmente, esta es la forma más fácil de cultivar grandes cantidades de grafeno, pero los ingenieros de IBM me dijeron que la calidad del grafeno cultivado de esta manera no es excelente, y que tener que hacerlo destruir el sustrato de cobre es caro e ineficaz.

En el futuro, es importante tener en cuenta que todavía estamos hablando mucho de una cosa análogachip. IBM Research aún no ha encontrado una manera de darle al grafeno la banda prohibida tan importante que se requiere para la fabricación de lógica digital y, por lo tanto, a los procesadores de computadora basados ​​en grafeno. Para los procesadores de próxima generación, IBM parece centrarse en los nanotubos de carbono, que pueden tener una banda prohibida, sobre el grafeno. (Más sobre eso más adelante, cuando escribo mi viaje a IBM Research). Suponiendo que algún día podamos crear grandes cantidades de grafeno de alta calidad, sin embargo, hay muchas aplicaciones de radio y ópticas que podrían beneficiarse; en teoría, el grafeno es capaz de funcionar a frecuencias de hasta 500 GHz, mucho más que cualquier otro material utilizado actualmente en aplicaciones de RF.

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