(Bilde: Chris Ewels)

Lagde transistorer med ett atoms tykkelse

Britiske forskere har benyttet verdens tynneste materiale til å lage transistorer. Dette kan erstatte silisium.

University of Manchester kunngjorde i forrige uke at to forskere, professor Andre Geim og doktor Kostya Novoselov ved universitetets School of Physics and Astronomy, har laget en transistor med ett atoms tykkelse, mens bredden er i underkant av 50 atomer. Detaljer om dette er blitt publisert i marsutgaven av Nature Materials.

Forskerne mener at transistorer laget av materialet graphene skal kunne overta når transistorer laget av silisium ikke lenger kan miniatyriseres ytterligere. Fortsatt greier man å doble antallet transistorer i brikker for hvert annet år, men University of Manchester skriver i en pressemelding at dette arbeidet nå har begynt å gå merkbart langsommere. Det er ganske bred enighet innen bransjen at man vil støte på en fundamental hindring i løpet av 10 til 20 år.

Geim og hans kolleger oppdaget for to år siden en ny klasse med materialer som kan anses som individuelle atomplan trukket ut av store krystaller. Disse materialene, og spesielt graphene, en trådduk av karbonatomer som minner om hønsenetting, skal ifølge det britiske universitetet være blant de heteste temaene innen fysikk for tiden.

Forskergruppen rapporterte om graphene-transistoren og oppdagelsen av graphene samtidig. Senere har andre grupper reprodusert resultatet.

Bilde: Chris Ewels

Et problem med de første graphene-transistorene skal ha vært en svært høy lekkasjestrøm, noe som ville ha begrenset mulige bruksområder, blant annet datamaskiner og andre kretser med stor tetthet av transistorer. Men nå skal gruppen i Manchester ha løst problemene. De skal for første gang ha demonstrert at graphene kan være stabil og ledende selv når det er kuttet i striper som bare er noen få nanometer brede. Alle andre kjente materialer, inkludert silisium, oksiderer og blir ustabile ved størrelser som er ti ganger større, skriver University of Manchester.

– Vi har laget bånd som bare er noen få nanometer brede og kan ikke utelukke muligheten for å redusere bredden ytterligere – ned til kanskje en enkelt ring med karbonatomer, sier Geim i pressemeldingen.

Forskerne antyder at framtidige elektroniske kretser kan skjæres ut av ett enkelt graphene-flak. Slike kretser vil inkludere semitransparente sperrer, som kontrollerer bevegelsen til individuelle elektronier, samt forbindelser og logiske porter – alt laget av graphene.

– På det nåværende tidspunkt finnes det ingen teknologi som kan skjære ut individuelle elementer med nanometerpresisjon. Derfor har vi avhengig av tilfeldighet innsnevret våre bånd til noen få nanometers bredde. Noen av dem ble for brede og ville ikke fungere skikkelig, mens andre ble kuttet over og gikk i stykker, forklarer dr. Leonid Ponomarenko, som leder denne forskningen ved University of Manchester. Han er likevel optimistisk på at denne foreløpige teknikken kan skaleres opp.

– Å lage transistorer med en virkelig nanometer-skala er nøyaktig den samme utfordringen som moderne silisium-basert teknologi står overfor nå. Teknologien har greid å utvikle seg jevnt fra transistorer i millimeter-størrelse til dagens mikroprosessorer med individuelle elementer med størrelse ned mot noen titalls nanometer, sier Ponomarenko.

Han mener det neste logiske skrittet vil være kretser i virkelig nanometer-størrelse, og at det er her graphene kan komme til å få betydning, siden materialet er stabilt også ved disse størrelsene.

Likevel er det langt fram til at graphene-baserte kretser vil erstatte kretser av silisium. Geim forventer ikke at det vil skje før i 2025. Inntil da vil silisium-teknologien fortsatt dominere.

Geim tror at graphene sannsynligvis vil være den eneste levedyktige tilnærmingen etter at silisium-æraen avsluttes.

– Dette materialet kombinerer mange fristende egenskaper fra andre teknologier som har blitt ansett som alternativer til silisium-basert teknologi. Graphene kombinerer de mest spennende egenskapene til karbon-nanorør, enkelt-elektron og molekylær elektronikk, alt i ett.

Til toppen