石墨片電晶體越來越快！
- 上線日期：2009/2/3 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
電晶體的操作速度取決於元件尺寸及電子在材料中的遷移率(mobility)，元件越小速度越快，這點成為人類一再縮小電晶體的主要因素之一。然而當矽電晶體的線寬小於40 nm時，操作速度就很難再提昇，於是科學家開始尋找取代矽的材料，石墨片(graphene)便是選項之一。最近IBM製造出目前速度最快的石墨薄片電晶體，該元件的操作頻率高達26 GHz，並且具有運用於無線通訊裝置上的潛力。
石墨片是僅一個原子厚的神奇材料，電子在石墨片中由於行為類似沒有靜止質量的相對論性粒子，因此能以非常高的速率移動。再加上石墨片還有許多獨特的物理性質，因此被看好能夠取代矽來製造更高速的電晶體。
最近IBM T. J. Watson研究中心的Yu-ming Lin及其同事以實驗證明，石墨片電晶體具有高達26 GHz的截止頻率，是目前最高的記錄。儘管比最快的矽電晶體慢了十倍，這仍舊是項卓越的進展，畢竟石墨片是2004年才被發現，而矽電晶體則已出現超過半世紀，並且歷經數十載的研究改良。此外，該團隊也首次發現石墨片電晶體的操作頻率隨著閘極尺寸減少而上升。26 GHz的數據則是在閘極長度150 nm的元件中測得。這項結果提供了提升石墨片元件效能的方向。
大部分石墨片元件是採取背閘極(back-gated)架構，以厚達300 nm的二氧化矽層來當做閘極介電質。Lin等人則使用上閘極(top-gate)架構，採用氧化鋁做為介電質，以便使電晶體在較低電壓下工作。而將先前數十微米的閘極長度縮短至150 nm，亦有助於提高截止頻率。
IBM人員希望將閘極介電質材料最佳化，以進一步改善元件的電性，並利用該結構製造出射頻電路。他們推測當閘道長度縮減至50 nm時，石墨片電晶體操作頻率將高達兆赫頻率。此外，他們也計畫利用其他方法來製造石墨片電晶體。詳見Nano Letters DOI: 10.1021/nl803316h。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/37229
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
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