1 กันยายน 2553 - กราฟีนมีคุณลักษณะที่เหมาะสมในวงจรไฟฟ้าในอนาคต เพราะมันสามารถทำความเร็วได้สูงกว่าซิลิคอนในปัจจุบันมาก แต่นักวิจัยกลุ่มแรกๆยังต้องปรับปรุงวิธีการในการผลิตมันขึ้นมา ผู้ท้าชิงล่าสุดนั้นถูกส่งมาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟฟอร์เนี่ย ลอสแองเจลลิส (University of California, Los Angeles, UCLA) ที่ซึ่งนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรใช้เส้นใยนาโนในการสร้างทรานซิสเตอร์จากกราฟีน
ทรานซิสเตอร์ที่ได้ออกมาสามารถทำงานได้ที่ความเร็ว 300 GHz ด้วยความยาว channel 140 nm (ระยะห่างระหว่าง source กับ drain ของทรานซิสเตอร์) ซึ่งนั่นเร็วมากกว่าทรานซิสเตอร์แบบซิลิคอนเดิมเป็นเท่าตัว และสามารถเทียบเคียงได้กับทรานซิสเตอร์ราคาแพงที่ผลิตจาก Indium Phosphide (InP) และ Gallium Arsenide (GaAs)
"มันมีศักยภาพที่จะแตะความเร็วระดับ Terahertz" Xiangfeng Duan จาก Calofornia NanoSystems Institute ใน UCLA ผู้เผยแพร่การออกแบบนี้ขึ้นสู่อินเทอร์เนตในอาทิตย์นี้กล่าว "ในไม่ช้าขั้นตอนการผลิตจะง่ายขึ้น ด้วยการปรับเปลี่ยนเล็กๆ น้อยๆ จะทำให้มันผลิตในระดับธุรกิจได้"
กราฟีนเป็นคาร์บอนที่จัดเรียงเป็นรูปหกเหลี่ยมมีความหนาเพียง 1 อะตอม ด้วยโครงสร้างเช่นนี้ ทำให้สื่อนำประจุสามารถเคลื่อนผ่านกราฟีนได้อย่างง่ายดาย ทำให้วงจรทำงานได้ขึ้นมากกว่าซิลิคอนที่ใช้กันอยู่ แต่ขั้นตอนในการผลิตขั้วไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เป็น gate, source, และ drain ให้กับทรานซิสเตอร์นั้นมีโอกาสทำลายโครงสร้างคอร์บอนได้ ซึ่งจะทำให้ความเร็วของมันลดลง กลุ่มของ UCLA แก้ปัญหานี้ด้วยการใช้เส้นใยขนาดนาโนเป็นทั้งชิ้นส่วนและแม่แบบของทรานซิสเตอร์
เริ่มแรก พวกเขาสร้างเส้นใยนาโน Cobalt Silicide ด้วย Shell ที่ทำจาก Aluminium Oxide (Al2O3) แล้วนำมันผ่านกระบวนการ dry transfer ที่ไม่เกิดปฏิกริยาเคมีใดๆ ขึ้น จากนั้นพวกเขาก็วางเส้นใยนาโนเหล่านี้บนกราฟีนเพื่อสร้างเป็น gate ของทรานซิสเตอร์ ต่อมาพวกเขาก็ตัดแต่ง Al2O3 เพื่อใช้เป็นส่วนสัมผัสระหว่างเส้นใยกับชั้น layer บางๆที่ทำจากทองและไททาเนียมเพื่อใช้เป็นขั้วให้กับ gate, drain, และ source จากนั้นพวกเขาก็เคลือบทรานซิสเตอร์ด้วยแพลตินัมอีกที ซึ่งมีความหนาเพียง 10 nm ขั้นตอนนี้จะทำให้เส้นใยนาโนถูกแยกออกจากกัน เกิดเป็นขั้วต่างๆ สำหรับทรานซิสเตอร์
ข้อดีของการออกแบบนี้ Duan บอกว่า มันจะทำให้ช่องว่างระหว่าง gate, drain, และ source หายไป ส่วนใดก็ตามของ channel ของทรานซิสเตอร์ที่ไม่ถูก gate วางไว้ข้างบน จะไม่ถูก input voltage กระทำ ทำให้ประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์ลดลง เมื่อชิ้นส่วนเหล่านี้มีขนาดใหญ่ ช่องว่างที่เกิดขึ้นขนาด 100 nm ไม่ถือเป็นเรื่องใหญ่ แต่เมื่อขนาดของมันเล็กลง แม้แต่ช่องว่างเล็กๆ ก็จะทำให้ channel เกิดปัญหาใหญ่ขึ้นได้ "วิธีการของเราทำให้การจัดเรียงของ source, gate, และdrain สมบูรณ์แบบ" Duan พูด
ความยาว channel ถูกกำหนดด้วยเส้นผ่านศูนย์หลางของเส้นใยนาโน ที่ซึ่งในทรานซิสเตอร์ถูกสร้างโดยทีมของ Duan มีขนาด 100 ถึง 300 nm ซึ่งมีขนาดหนามาก และ Duan ตั้งใจจะลดขนาดลงมาให้ต่ำกว่า 100 nm และหวังให้ลดลงเหลือ 50 nm ที่ซึ่งทำให้เขามีโอกาสสร้างอุปกรณ์ที่ทำงานได้ระดับ terahertz
ก่อนหน้าในปีนี้ ทีมของ IBM นำโดย Phaedon Avouris และ Yu-Ming-Lin ยังรายงานถึงทรานซิสเตอร์จากกราฟีนความเร็วสูง พวกเขาเจอกับปัญหา defect จากการใช้ชั้น layer polymer บางๆเป็นฉนวน พวกเขายอมรับว่าทีมจาก UCLA ทำความเร็วได้เร็วที่สุด "ผลงานชิ้นเอกนี้ชี้เป็นที่ชัดเจนถึงประสิทธิภาพของกราฟีนในงานจำพวกความถี่สูง" ทั้งคู่เขียนใน e-mail
แต่ทั้งคู่ก็กล่าวเพิ่มเติมว่าวิธีของ Duan ในการผลิตกราฟีนด้วยการหักออกมาเป็น layer จากแผ่นกราไฟท์ (Graphite) ซึ่งไม่เหมาะแก่การผลิตจำนวนมาก "มันไม่เหมือนกับการสร้างกราฟีนขึ้นมาบน wafer และใช้ lithography และการจัดเรียงที่ถูกต้อง ในการผลิตทรานซิสเตอร์ออกมา ที่เราพัฒนาขึ้นมาและยังคงปรับปรุงมัน"
Duan กล่าวว่า นี่เป็นเพียงการแสดงให้เห็นว่า วิธีการผลิตโดยใช้เส้นใยนาโน สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในกระบวนการที่เหมาะสมต่อการผลิตมากขึ้น
source: http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/ucla-builds-fastest-graphene-transistor-yet
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น