Korealaisessa DGIST-tutkimusinstituutissa (Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology) on kehitetty seuraavan sukupolven elektroniikkatekniikkaa, joka tehostaa suurten signaalitaajuuksien siirtoa. DGIST:n tieto- ja viestintätekniikan laitos kehitti grafeenipohjaisen, korkean suorituskyvyn siirtolinjan, jolla on parempi elektronien toimintanopeus kuin olemassa olevia metalleilla suurilla taajuuksilla.
Tämän odotetaan myötävaikuttavan merkittävästi seuraavan sukupolven nopeaan puolijohde- ja viestintälaitteeseen, jolla on paljon nopeampi prosessointinopeus kuin nykyisillä.
Puolijohdelaitteiden suuren integroinnin ja suurempien nopeuden vuoksi signaalien siirtoon käytetyn metallijohteen resistanssi on kasvanut geometrisesti, jolloin saavutetaan sallitun virrantiheyden yläraja.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi hiilipohjaiset nanorakenteet, kuten grafeeni ja hiilinanoputki ovat kiinnittäneet huomiota uuden sukupolven materiaaleina. Grafeeni on hyvin ohut, mutta sen sähköjohtavuus on sata kertaa suurempi kuin kuparin ja elektronin liikkuvuus on sata kertaa vauhdikkaampi kuin piillä.
Siten sitä on ajateltu elektroniikan materiaalina, joka voi korvata nykyiset metalli- ja puolijohdemateriaalit. Puhtaalla grafeenilla on kuitenkin liian matala kantajapitoisuus ja ohut nanometrinen rakenne, mikä johtaa liian suureen resistanssiin.
Tällaisten rajoitusten voittamiseksi DGIST:n tutkijat tekivät tutkimuksen grafeenin suurtaajuuden siirto-ominaisuuksien parantamiseksi nostamalla kantajapitoisuutta grafeenin sisällä. Yhdistämällä grafeenia ja amorfista piitä tiimi lisäsi grafeenin kantajapitoisuutta ja paransi grafeenin sähköisiä ominaisuuksia.
Tehostetulla grafeenilla saavutettu korkeataajuisten siirto oli verrattavissa satojen nanojen kokoisiin metallisiin nanolinjoihin. Tiimi osoitti myös, että grafeenin viat vähentävät grafeenin korkean taajuuden siirtoa ja kehittivät uuden, vakaan dopingtekniikan, joka minimoi sisäisiä vikoja.
Tutkimusryhmän kehittämä korkean taajuuden grafeenisiirtolinja siirtää signaalia erittäin tehokkaasti. Se on myös vakaa, joten sitä voidaan soveltaa nykyiseen puolijohdeteollisuuden metallijohdekäsittelyyn sekä seuraavan sukupolven integroituun piiriin.
Tutkimustulosten perusteella tutkijat odottavat käytettävän uudenlaista grafeenia suurtaajuuspiireissä, kuten MMIC- ja RFIC-piireissä.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.5.2019
