Illustrasjon av IBMs grafentransistor. Grafenen gjenkjennes som det hønsenettinglignende materialet underst.

Fartsrekord for karbon-baserte transistorer

Forskere hos IBM mener at alt ligger til rette for terahertz-transistorer laget med supermaterialet grafen.

Forskere ved IBM kunngjorde i desember i fjor at de har greid å sette ny fartsrekord med en transistor basert på grafen.

Grafen er et relativt nytt materiale som første gang ble fremstilt i isolert form i 2004. Det består kun av karbonatomer som danner en hønsenettinglignende struktur med en tykkelse på bare ett atom. Grafen, som uttales med trykk på siste stavelse, er det grunnleggende strukturelle elementet i noen av formene karbon kan danne, inkludert grafitt og karbonnanorør.

Grafen har mange nyttige egenskaper. Blant annet har det ekstremt lav elektrisk motstand i romtemperatur, i tillegg til at elektroner beveger seg svært raskt i materialet. Skåret til på en spesiell måte, som grafen-nanorør, kan man også oppnå halvledende egenskaper. Grafen er dessuten en svært god varmeleder.

Dette gjør at mange mener grafen er en sannsynlig kandidat til å overta når dagens silisium-baserte brikker ikke kan krympes ytterligere uten å miste de attraktive egenskapene.

Etter bare drøyt fire år med forskning er man fortsatt ikke helt i mål. Den rekordraske transistoren IBM-forskerne har laget, er stadig begrenset til en grensefrekvens på 26 gigahertz, noe som er betydelig langsommere enn dagens raskeste silisiumtransistorer. Men framskrittene har likevel vært store.

Forskerne har funnet ut at operasjonsfrekvensen til den grafenbaserte felteffekttransistoren (FET) øker når størrelsen reduseres. Forskerne skal nå ha redusert portlengden til transistoren fra et titalls mikrometer til 150 nanometer. Det er fortsatt ganske stort sammenlignet med transistorene i dagens prosessorer basert på 45 nanometers prosessteknologi.

Men forskerne forventer at ved å forbedre de dielektriske materialene i porten, vil ytelsen til grafentransistorene ytterligere forbedres. De regner med å kunne oppnå frekvenser i terahertz-klassen med en optimalisert transistor med en portlengde på 50 nanometer.

I den nesten fasen vil IBM-forskerne forsøke å lage RF-kretser basert på disse grafentransistorene. En rapport om gjennombruddet finnes her.

I tillegg til de nevnte egenskapene som gjør grafen attraktivt for bruk i elektroniske kretser, er det flere sider ved materialet som gjør det interessant.

Siden grafen er så tynt, er det så godt som gjennomsiktig. Det skal bare absorbere 2,3 prosent av hvitt lys. Dermed vil det kunne være attraktivt å bruke som elektroder i blant annet flatskjermer.

Grafen er også et svært sterkt materiale, faktisk det sterkeste vi til nå kjenner.

Legg et grafenark med samme tykkelse som Glad Pack over en muffinform og forsøk å stikke en blyant gjennom det.

- Kraften det kreves for å skyve en blyant gjennom grafenen vil tilsvare vekten av en elefant eller en liten bil, sa Jeffrey Kysar, professor ved Columbia University, i et intervju med New York Post i fjor.

- Det er trolig omtrent hundre ganger sterkere enn det beste stålet du kan kjøpe.

Forskerne skal allerede ha bevist at et 37.000 kilometer grafenbånd kan brukes til å lage romheisen mange drømmer om. Denne skal gjøre det mulig å komme ut i verdensrommet uten å benytte romferger eller raketter.

Grafen skal dessuten kunne brukes i svært følsomme gassensorer. Gassmolekyler som treffer grafen påvirker materialets elektriske egenskaper på en målbar måte. Forskere skal ha kunne måle effekten av ett enkelt molekyl har hatt på grafen.

En stor utfordring er å produsere grafen på en billig og effektiv måte. Foreløpig kan man bare lage grafen i svært små flak, og kostnaden er høy. Det britiske selskapet Graphene Industries, som var det første til å tilby grafen kommersielt, selger blant annet grafenflak på drøyt 1900 μm2 til 800 pund, omtrent 8500 kroner.

Det største monolaget som til nå er blitt funnet, var på 7000 μm2. Typisk størrelser er derimot under 600 μm2.

    Les også:

Til toppen