Grafeeni uurimise üheks eesmärgiks on valmistada ränitehnoloogiaga võrreldes paremate füüsikaliste omadustega elektroonikaseadmeid. Sageduslikult on grafeentransistorid juba ränianaloogidest ees, ent vajaka jääb võimendusteguri arengus, mis on väga oluline näiteks raadiotehnikas. Nüüd on aga saksa ja itaalia teadlased valmistanud kaksikkiht grafeentransistori, millel on üksikkihtseadmetega võrreldes märgatavalt parem pingevõimendustegur.
Kahekihilisel grafeentransistoril on ühekihilise seadmega võrreldes oluliselt parem võimendustegur.
„Funktsionaalse pingevõimendustegurita on transistor samahästi kui kasutu,“ ütles Pisa NDSLUP (Nanoscale Device Simulation Laboratory at the University of Pisa) Ülikooli teadlane Gianluca Fiori, võrreldes kõrge võnkesageduse, aga madala võimendusteguriga transistori voolujoonelise sportautoga, millel on nõrk mootor.
Grafeen on ühe aatomkihi paksune väga eriliste elektriliste omadustega materjal, millest on valmistatud kuni 300 GHz (109 Hz) töösagedusega analoogseadmeid. Näiteks valmistas IT firma IBM grafeenipõhise lairiba raadiomiksri, eesmärgiga luua pooljuhtseadmeturule räniseadmete kõrvale uut konkurentsi.
Maailma tipplaborid, näiteks UCLA ja ja IBM, valmistavad üha kiiremaid grafeentransistore. „Iga paari-kolme kuu järel on vana kiirusrekord seljatatud, ent pingevõimendusele ei ole seejuures kuigi suurt tähelepanu pööratud,“ ütles Fiori.
Fiori töörühma valmistas aga FET (Field Effect Transistor) grafeen-
Joonisel oleva kaksikkiht grafeentransistori prototüübil on 4 mikromeetri laiune kanal, ent võimendustegur peaks teooria kohaselt säilima ka kõigest 40 nanomeetri pikkuses kanalis.
väljatransistori nii, et lätte ning neelu (source, drain) elektroodie vaheline voolutee kulgeb kahe kihi grafeeni vahel. Uue seadme pingevõimendustegur on 35, mis on ühekihilisest eelkäijast kuus korda parem tulemus. Töö avaldati teadusajakirja Nano Letters märtsikuises numbris.
Fiori sõnul on ühekihiliste seadmete puuduseks madal väljundtakistus, mis tähendab ühtlasi väikest võimendustegurit. Üks transistoride kiiruse parandamise viise on seadme mõõtmete vähendamine, ent see tähendab lühemat lätte ja neelu vahelist kanalit ja ühtlasi väiksemat takistust, mis omakorda võimendustegurit vähendab. Teise kihi grafeeni lisamine tõstab takistust ilma, et töösagedus seejuures pärsitud saaks.
Saksamaal Aacheni nanotehnoloogiafirmas AMO valmistatud trasnsistori kanal on 4 mikromeetri pikkune. Simulatsioonid näitavad, et võimendustegur säilub isegi 40 nanomeetri pikkuse kanali puhul, vähenedes aga 3.5 korda. „Võrreldes ühekihilise grafeentransistoriga on tähelepanuväärne, et kaksikkihtseadme võimendustegur säilub mitme suurusjärgu võtta väiksemagi kanali puhul,“ ütleb Fiori.
„Tegemist on olulise sammuga grafeenvõimendite arengus. Kõrge sagedus on küll oluline, ent pingevõimenduseta ei saa,“ kommenteerib MIT pooljuhtmaterjalide töörühma dotsent Tomas Palacios.
Teised töörühmad on üritanud kaksikkihi abil kompenseerida grafeeni keelutsooni puudumist. Keelutsoonide puudumisel levib vool seadmes takistuseta, mis tähendab, et digitaalloogika binaarsete lülituste sooritamine ei ole võimalik. Fiori sõnul ei ole nende seadme 100 millielektronvoldine keelutsoon digitaalloogika jaoks piisav, ent sobib analoogseadmete, näiteks võimendite valmistamiseks.
Allikas: IEEE
Leave a Reply