Grafen dosáhl na další metu: oscilátor s frekvencí 1,2 GHz

Karel Javůrek  |  Technika

Grafen by se mohl stát materiálem budoucnosti pro výrobu pokročilých čipů. Jeho neuvěřitelné vlastnosti byly použity pro stavbu oscilátoru.

Vědecké týmy po celém světě zkoumají různé možnosti použití grafenu. Jeden z nich nyní představil jednoduchý obvod, který by se v oblasti elektroniky dal přirovnat k programátorskému „Hello world“.

Grafenový oscilátor překonal hranici gigahertzu

Grafen je náchylný na únik napětí, což je problematické při použití v klasických integrovaných obvodech, které jsou nyní složené z křemíku. Tranzistory z křemíku fungují jednoduše – do určitého napětí nepropouští (stav 0), a pokud napětí přesáhne kritickou hodnotu, tranzistor se stane vodivým (stav 1).

Vědcům se podařilo vyrobit prototyp kruhového oscilátoru, který je složen z lichého počtu invertorů zapojených do kruhu. Výstup posledního hradla NOT zde slouží jako vstup prvního. S tím lze dosáhnout opačného výstupu, než byl na vstupu. Dochází k částečnému zpoždění signálu a výsledkem je oscilace mezi dvěma hodnotami.

Frekvence takového obvodu naznačuje možnosti použité technologie a materiálu. V případě grafenu se tak vědcům podařilo již dříve dosáhnout na hodnoty v rámci megahertzů. Nyní ale dokázalo pomocí nového prototypu zvýšit výkon o celý řád.

Kruhový oscilátor z grafenu s frekvencí 1,28 GHz. Zdroj: ACS
Kruhový oscilátor z grafenu s frekvencí 1,28 GHz (zdroj: ACS)

Nový prototyp kruhového oscilátoru z grafenu a zlatých spojů byl chemickou cestou (odpařováním) vytvořen přímo v obvodu. Cílem bylo využít rychlost elektronů v grafenu pro co nejvyšší frekvenci kruhového oscilátoru.

V rámci technologie tří mikrometrů se podařilo dostat frekvenci na 350 MHz, při 2mikrometrové výrobě už na 600 MHz. Poslední zkoušku zahrnovala 1mikrometrová výroba a výsledná frekvence dosáhla na rekordních 1,28 GHz.

I když je toto zařízení relativně jednoduché, jedná o jeden z nejdůležitějších obvodů pro testování výkonu a limitů jakékoli nové digitální technologie.

Stovky gigahertzů a bezdrátové signály

Oproti podobným obvodům z křemíkových tranzistorů je grafenová verze mnohem odolnější vůči napěťovým fluktuacím na vstupu. A při srovnání s křemíkovou variantou měl testovaný prototyp sedmkrát menší fluktuace na výstupu.

Podle informací tvůrců by neměl být problém dosáhnout s těmito obvody i hranice stovky gigahertzů, pro vyšší výkon je ale nutné ještě zlepšit samotnou výrobu a kontaktní plochu mezi substrátem a grafenem. Stejně jako u křemíkových tranzistorů i zde hraje velkou roli čistota materiálu, která ovlivňuje výsledný výkon a maximální frekvenci.

Nelze očekávat, že díky tomuto obvodu dojde k rychlé výrobě velkého a komplikovaného procesoru. Technologie a výzkum ale může pomoci při výrobě budoucích součástí pro bezdrátový přenos signálů v oblastech gigahertzů.

Propustnost budoucích bezdrátových sítí totiž bude muset velmi rychle stoupat a představa rychlostí v oblasti terabitů za sekundu je tak pouze otázkou času a technologií. A možná to bude právě grafen, který umožní nové možnosti v oblasti bezdrátových technologií.


O grafenu jsme na VTM.cz psali už několikrát, ať už v obecném článku Grafen: zázračná forma uhlíku překvapuje, možnosti v oblasti výroby průhledných pamětí nebo nejbližší předpovědi, podle které výroba čipů nejdříve přejde na germanium. S grafenem se počítá i pro výrobu baterií budoucnosti, které budou mít klidně desetkrát vyšší kapacitu a jejich nabíjení bude extrémně rychlé.

Nejčtenější