Forskare vid HLR i Kalifornien har tillverkat och visat upp graphene-on-silicon field-effekt-transistor (FET) i en full wafer-skala. Forskarna beskriver bedriften som ett revolutionerande framsteg inom elektronikområdet.

Teknologin ger enligt forskarna exempellösa möjligheter inom områden såsom kommunikation som kräver hög bandbredd, tillämpningar för avbildning och inom radarsystem. Arbetet är en del av programmet ”Carbon Electronics for RF Applications” förkortat CERA-programmet, som sponsras av Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) och leds av det amerikanska Space and Naval Warfare Systems Center. HLR har samarbetat med grupper vid universitet, privata företag och marina forskningslaboratorier inom ramarna för programmet.

Målet för CERA är att exploatera den unika fysikaliska karaktäristiken hos grafen för att skapa elektroniska komponenter som ger stora förbättringar i tillämpningar såsom för avbildning, radar och kommunikation, som tidigare har stött på hinder på grund av komponentkostnader, begränsad upplösning och höga effektförluster. Grafen – som består av ett enda lager tätt sammanpackade kolatomer i vaxkake-liknande mönster och sinsemellan ordnade i kristallint nätformade konfigurationer – har enorma potentialer på grund av sin extremt höga laddningsbärande kapacitet, utmärkta termiska konduktivitet och förmåga att arbeta vid låga spänningar.

Utmaningen i projektet var att integrera grafen på en kiselplattform för att kunna utnyttja de fördelar materialet har.
–  I samarbete med the Electro-Optics-Center vid Pennsylvania State University, som är medlem av CERA’s forkningsteam, har HRL kunnat visat på möjligheterna med teknologin grafen-på-kisel, säger Dr. Jeong Sun-Moon, Senior Scientist i HRL's Microelectronics Laboratory och Principal Investigator för CERA-programmet.

HLR började arbeta med CERA i juli 2008 och nådde en första milsten i december 2008 genom en lyckad integrering och kunde visa upp världens första fälteffekttransistorer i grafen i RF-området. Forskarna tog sedan teknologin vidare till att demonstrera epitaxiella grafen-FET:ar i waferskalan två tum, i form av grafen på kiselkarbid. Med det senaste genombrottet, att uppvisa grafen på kisel, tar forskarna ytterligare ett steg närmare att möta målsättningen med CERA-programmet.

– Kiselkompatibel grafen-teknologi öppnar potentialen till en mycket mer effektiv, hög effekt, lågkostnads-teknologi likväl som att samintegrera dessa FET:er och kisel-CMOS FET:er. Även om många teknologiska utmaningar kvarstår representerar våra resultat ett signifikant första steg för en grafen-på-kisel-teknologi, säger Dr. Jeong Sun-Moon.

HLR laboratories, LLC forsknings- och utvecklingslaboratorium, som ägs av The Boeing Company och General Motors, är specialiserat på forskning inom sensorer och material, informations och systemvetenskap och tillämpad mikroelektronik.

Grafen har uppmätts till 200 000 cm²/Vs vilket är oerhört mycket snabbare, till exempel 100 gånger snabbare än elektronhastigheten för kisel eller 30 gånger snabbare än för galliumarsenid.

Filed under: Utländsk Teknik