IBM研制出首款石墨烯集成電路有望替代硅片

據(jù)報(bào)道，美國(guó)IBM公司的科學(xué)家研制出了首款由石墨烯圓片制成的集成電路，向開發(fā)石墨烯計(jì)算機(jī)芯片前進(jìn)了一步。科學(xué)家們認(rèn)為，這項(xiàng)突破可能預(yù)示著，未來可用石墨烯圓片來替代硅晶片，相關(guān)研究發(fā)表在最新一期 《科學(xué)》雜志上。

這塊集成電路建立在一塊碳化硅上，并且由一些石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成。2010年，IBM公司托馬斯·沃森研究中心的科學(xué)家林育明領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)就展示了首塊基于石墨烯的晶體管，它能在100 GHz的頻率上運(yùn)行；但這次，該團(tuán)隊(duì)將其整合進(jìn)一塊完整的集成電路中。

多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)在研制石墨烯晶體管和接收器中都曾遇到過幾大障礙：首先，石墨烯這種纖薄的單原子層薄片很難同制造芯片所用的金屬和合金匹配到一起；另外，在蝕刻過程中，石墨烯很容易受損。

林育明團(tuán)隊(duì)找到了一種新方法——通過在一塊碳化硅晶圓的硅面上種植石墨烯，清除了這些障礙。接著，他們將石墨烯包裹進(jìn)一個(gè)聚合物內(nèi)，進(jìn)行必須的蝕刻過程，隨后再用一些丙酮將這些聚合物清除。

研究人員表示，該晶體管門的長(zhǎng)度僅為550 nm，整個(gè)集成電路僅為一顆鹽粒那么大。而且，這種生產(chǎn)過程也可用于其它類型的石墨烯材料，包括將化學(xué)氣相淀積 （CVD）石墨烯膜合成在金屬膜之上，也可用于光學(xué)光刻以改善成本和產(chǎn)能。

按照美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì) （IEEE）出版的《IEEE波普》雜志的解釋，這塊集成電路是一個(gè)寬頻無線電頻率混頻器——無線電收音機(jī)的關(guān)鍵組件，該集成電路通過找出兩個(gè)輸入頻率的和與差來輸出新的無線電信號(hào)?？茖W(xué)家們表示，最新的石墨烯集成電路混頻最多可達(dá)10 GHz，而且其可以承受125℃的高溫。

該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這塊集成電路還可以運(yùn)行得更快，屆時(shí)，由這類集成電路制成的芯片可以改進(jìn)手機(jī)和無線電收發(fā)兩用機(jī)的信號(hào)；未來，手機(jī)或許能在一般認(rèn)為無法接收信號(hào)的地方工作。

石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管替代硅可能還需要一段時(shí)間，IBM公司的科學(xué)家下一步將繼續(xù)改進(jìn)這種集成電路的性能，其中包括使用對(duì)石墨烯導(dǎo)電性不會(huì)造成損害的各種不同金屬。