الدوائر المتكاملة من الگرافين

قام باحثي آي بي إم ببناء أول دائرة متكاملة، قائمة على الگرافين ، وذلك الإختراق تقول الشركة عنه أنه يعد نذيرا لمستقبل قائم على رقائق الگرافين بدلا من السيليكون . ويمكن للدوائر التى تحمل ترددا حجمه 10 جيجاهيرتز أن تعطى مجالا أوسع لمجموعة كبيرة من الأجهزة اللاسلكية عند الترددات العليا ، ويمكن للتكنولوجيا أن تسمح يوما ما بإنفاذ القانون والعاملين في المجال الطبي لمعرفة ما بداخل الأشياء أو الأشخاص دون الآثار الضارة للأشعة السينية ، وفقا لشركة آي بي ام.

صورة بصرية لخلاط ترددات كرافينى متكامل , يشمل منصات الإتصال . تشكيل الأرضية-الإشارة-الأرضية يتم تنفيذها لتحقيق منصات مناسبة لاختبار الترددات اللاسلكية مباشرة. جدول القياس ، 100 ميكرومتر.

بنيت الدوائر على رقاقات كربيد السيليكون ، وتتألف من ترانزستورات التأثير-الحقلي المصنوعة من الگرافين. وفي العام الماضي ، أظهر نفس فريق آي بي إم الترانزستور الأول المستند إلى الگرافين ، وهو قادر على العمل بتردد 100 جيجاهرتز، ولكن هذه المرة تم إدماجه في دائرة كاملة.

تلك الدارة هى خلاط للترددات الراديوية ذات النطاق العريض، الذي، كما توضحه مجلة IEEE Spectrum، يعد عنصرا حاسما لأجهزة الراديو. يخلق اشارات لاسلكية جديدة من خلال إيجاد الفرق وحاصل الجمع بين تردد إثنين من المدخلات . أداء دوائر آي بي إم يؤمن خلط تردد ما يصل الى 10 جيجاهرتز، وعملت بشكل جيد في درجات حرارة تصل إلى 257° فارنهايت ويعتقد فريق البحث أنه يمكن الحصول على أداء أسرع -- وإذا كان الأمر كذلك ، فإن رقائق مثل هذه يمكن أن تحسن عمل الهاتف الخلوي وجهاز إرسال وإستقبال الإشارات، والسماح ربما للهواتف للعمل في المناطق حيث لا يمكنها حاليا الحصول على الخدمة، هكذا تقول الشركة.

(أ) الدائرة الرسم البياني لأربعة منافذ گرافينة لخلاط الترددات اللاسلكية التردد. نطاق دارة الگرافين يقتصر على المربع المتقطع. الشكل السداسي يمثل FET ترانزستور أثر الحقل الگرافينى . (ب) تخطيط رسومى يوضح دائرة الخلاط الگرافينة . الجوانب الهامة تشمل تصميم البوابات العليا الگرافينة ترانزستور واحد , وإثنتان من المحثات متصلين ببوابة , ومنفذ التصريف للGFET .يتم تمثيل ثلاثة طبقات معادن متميزة من الدائرة المتكاملة للگرافين بواسطة m1 ، m2، و M3. وطبقة من 120-نانومتر سمك- من ثانى أكسيد السيليكون SiO2 كما يتم استخدام فاصل عازل , يفصل العازل إليكترونيا للمحثات (M3) من الوصلات الأساسية(M1 و M2).

"ملخص دائرة گرافينية على مستوى الرقاقة عـُرضت وفيها كل عناصر الدائرة، بما فيها ترانزستور أثر الحقل و الحث، وكانوا متكاملين من نفس المادة على رقاقة واحدة من كربيد السيليكون. وتعمل الدائرة المتكاملة كخلاط ترددات راديو عريض الحزمة عند ترددات تصل إلى 10 گيگاهرتس. هذه الدوائر الگرافينة تظهر إستقرارا حراريا مع انخفاض طفيف في الأداء (أقل من 1 ديسيبل) ما بين 300 و 400 كلفن. هذه النتائج تفتح إمكانية تحقيق إمكانات عملية تكنولوجيا للگرافين مع وظائف وأداء أكثر تعقيدا . "

وقد عملت فرق عدة على ترانزستورات الگرافين والمستقبلات، ولكن كان من الصعب أن يتم التزاوج بين الأغلفة ذات ذرة كربون الواحدة وذرات المعادن والسبائك المستخدمة في الرقاقات. هذه الدوائر تستخدم أيضا الألومنيوم والذهب والبلاديوم ، على سبيل المثال ، التي لا تلتصق بشكل جيد مع الگرافين. وماهو أكثر من ذلك ، فإنه يمكن للگرافين أن يتلف بسهولة في عملية النقش، وقد قام يو مينگ لين وزملاؤه بمركز أبحاث توماس ج. واتسون في آي بي إم بشرح ورقة حول الدوائر الجديدة.

وقد أزاح الفريق الستار عن عملية جديدة، يمكن أن تذلل العقبات , وذلك بتنمية الگرافين على وجه السليكون على رقاقة من كربيد السيليكون. ثم قاموا بكسوة أو تغطية الگرافين بالپوليمر، وأجروا عمليات الحفر اللازمة، ثم أزالوا البوليمر، بإستخدام الأسيتون، وكانت بوابات الترانزستور يبلغ طولها بالكاد 550 نانومترا , والرقاقة بأكملها كانت تبلغ حجم حبة الملح، قالت آي بي إم. ويظل هناك بعض الوقت قبل أن تسود رقاقات ترانزستورات أثر الحقل FET المصنوعة من الگرافين، وادي سيليكون ("وادي الگرافين"؟) ومع ذلك، فإن فريق آي بي إم لديه بالفعل بعض الأفكار لتصاميم الجيل المقبل والتحسينات بما في ذلك استخدام المعادن المختلفة التي لا تسبب تحلل الجرافين، مع توصيل كهربى فائق.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 المصادر

• پوپ‌ساي