Hiilen nanorakenteisiin perustuva transistori oli vielä jokin aika sitten vain futuristinen unelma. Nyt se voi olla todellisuutta vain muutaman vuoden kuluttua. Sveitsiläisen Empa-tutkimuslaitoksen piirissä työskentelevä kansainvälinen tutkimusryhmä on onnistunut tuottamaan nanotransistoreita grafeeninauhoista, jotka ovat vain muutamien atomien levyisiä.
Grafeeni on johtava materiaali mutta siitä voi saada puolijohteen sopivien nanonauhojen muodossa. Koska grafeeni koostuu tasasivuisista hiilen kuusikulmioista, sen reuna voi olla sahalaitainen tai nojatuolen muotoinen. Sahalaitareunaiset rakenteet toimivat kuin metallit ja nojatuolimaiset puolijohteiden tapaan. Ongelma on ollut oikean muotoisten nanonauhojen tuottaminen.
Empan tutkijat yhteistyössä Max Planck Institute for Polymer Researchin kanssa Mainzista ja University of California at Berkeleyn kanssa ovat nyt onnistuneet kasvattamaan nauhoja täsmälleen yhdeksän atomin levyisinä, joilla on säännöllinen nojatuolimainen reuna.
Useiden prosessivaiheiden jälkeen grafeenikaistaleet liitetään kultarakenteeseen, jolloin muodostuu halutunlaisia nanonauhoja. Niiden leveys on noin yksi nanometri ja pituus huimat 50 nanometriä.
Näillä rakenteilla on nyt suhteellisen suuret ja ennen kaikkea tarkasti määritellyt energiaerot. Tämän ansiosta tutkijat pystyivät ottamaan askeleen eteenpäin ja integroimaan grafeeninauhat nanotransistoreihin.
Aluksi ensimmäiset yritykset eivät olleet kovin onnistuneita. Mittaukset osoittivat, että virran ero "on" ja "off" -tilojen välillä oli aivan liian pieni. Ongelmana saatiin ratkaistua käyttämällä hafniumoksidia (HfO2) piioksidin sijaan dielektrisenä materiaalina jolloin virtojen "on/off " -suhteeksi muodostui 10 E5.
Toinen ongelma oli grafeeninauhojen sisällyttäminen transistoriin. Tulevaisuudessa nauhoja ei enää sijoiteta sekalaisesti transistorisubstraatille, vaan pikemminkin kohdistetusti transistorikanavaan.
Tutkimusartikkeli on luettavissa Nature Communicationsin sivuilla.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.12.2017
Saksalaislähtöinen Ubitium on kehittänyt innovatiivisen prosessoriarkkitehtuurin, joka yhdistää eri suorittimien (CPU, GPU, DSP, FPGA) toiminnot yhteen siruun. Yrityksen mukaan tämä uusi RISC-V-arkkitehtuuriin perustuva ratkaisu mullistaa yli 50 vuotta vanhan suorittimien suunnittelun.
Moni uusi sähköauton omistaja kokee toimintasädeahdistusta. Tätä ongelmaa autonvalmistajat voivat helpottaa siirtymällä piipohjaista IGBT-piireissä piikarbidiopohjaisiin siruihin. auton vetoinvertterissä.
