IBM научилась подавлять шум в графеновых наноэлементах

   На днях исследователи компании IBM сообщили о своём новом научном открытии, которое позволяет успешно бороться с одной из наиболее трудных проблем электронной индустрии, связанной с использованием графита в качестве материала для создания миниатюрных наноэлектронных схем. Как отмечается, ученые IBM впервые нашли способ подавления паразитных помех электрических сигналов, возникаемых при миниатюризации до длины всего в несколько атомов графена (графен можно представить как одну плоскость графита, отделенную от объемного кристалла).

   Отметим, графен рассматривается многими исследователями как одна из наиболее перспективных альтернатив современным кремниевым транзисторам. Уникальное строение графена привлекает к нему нескрываемый интерес со стороны ученых, инженеров и технологов, так как оно способствует проявлению привлекательных электрических свойств и может быть использовано в транзисторах и электронных схемах, значительно меньших по размеру, чем компоненты самых крошечных современных кремниевых чипов.

   Одна из проблем использования таких наноустройств – обратно пропорциональная зависимость между размером устройства и мощностью генерируемого им неуправляемого электрического шума. Чем миниатюрнее становятся устройства, тем интенсивнее становится и электрический шум – возрастает заряд электричества, проходящего через вещество и вызывающего помехи, которые негативно влияют на характеристики этого вещества (материала) и ограничивают его полезное применение.

   Эта зависимость (известная как закон Хуга) справедлива как для полупроводниковых элементов на основе традиционного кремния, так и для сверхминиатюрных устройств на основе графеновых «нанопленок» и углеродных нанотрубок. Как объясняет доктор Фаэдон Аворис (Phaedon Avouris), ученый из IBM Research, эффект электрического шума, подчиняющийся закону Хуга, на наноуровне возрастает многократно из-за того, что размеры полупроводникового элемента здесь достигают почти абсолютного минимума и становятся сопоставимы с размерами атомов. На этом уровне генерируемый шум может превосходить по амплитуде полезный сигнал.

   Исследователям IBM удалось установить, что электрический шум в полупроводниковых элементах на основе графена может быть фактически подавлен. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Nano Letters. К сожалению, доступ к подробной информации о новом исследовании платный, поэтому приведём лишь ключевые факты.

   Сначала ученые IBM использовали один слой (или пленку) графена для создания транзистора – этот эксперимент еще раз подтвердил, что на полученный полупроводниковый элемент распространяется правило Хуга, по мере уменьшения размеров электронного устройства пропорционально увеличивался генерируемый им шум.

   Когда исследователи создали такой же элемент с двумя слоями графена вместо одного (расположенными друг над другом), они отметили, что электрический шум подавляется. Уровень мощности помех во втором случае был в достаточной степени мал. Это дало основание предположить, что так называемые «двухслойные графеновые полоски» ("bilayer graphene ribbons") смогут доказать свою пригодность для создания полупроводниковых элементов. По словам ученых, паразитный шум подавляется благодаря сильной электрической связи между двумя слоями графена, которая нейтрализует влияние источников помех. Такая структура функционирует как своеобразный шумоизолятор.

   Конечно, о непосредственном применении результатов исследования в производстве говорить пока не приходится, но ученые уверены, что их достижение открывает большие перспективы практического использования технологии двухслойных графеновых лент в создании полупроводниковых комплектующих для электронных устройств.