IBM研發速度達26GHz的石墨烯電晶體可望超越矽的極限

IBM宣佈研發出號稱全世界速度最快的石墨烯(graphene)場效電晶體(FET)，可在26GHz頻率下運作。該公司Thomas J. Watson研究中心的研究人員並預測，碳元素更高的電子遷移率，可望使該種材料超越矽的極限，達到100GHz以上的速度跨入兆赫(terahertz)領域。

「我們迄今所量測到的最快石墨烯電晶體速度為26GHz，閘極(gate)長度則為150奈米。」IBM院士、該公司奈米科技部門經理Phaedon Avouris表示：「由於峰值頻率會與閘極長度成反比，我們相信，當石墨烯電晶體閘極長度進一步縮減至50奈米，其速度將可達到兆赫等級。」

石墨烯的組成結構與類似雞籠鐵絲網、蜂巢狀晶格的碳奈米管一樣；不過要把蜂巢狀晶格做成奈米等級的管子有些困難，石墨烯電晶體是將碳原子沉積成薄膜，且能使用傳統的微影工具來製圖。

過去IBM能展示過一種層狀的石墨烯技術，能解決用狹窄帶狀石墨烯做為電晶體通道時所產生的雜訊問題。在最近一次的展示中，IBM宣稱毫米波(millimeter-wavelength)通訊電路所需的兆赫頻率，能在石墨烯薄膜內達成。
可望使該種材料超越矽的極限
IBM 表示，閘極在頂部的石墨烯電晶體是使用絕緣上覆矽(silicon-on-insulator)晶圓片所製造，並透過執行不同的閘極電壓與長度來達到高頻的運作。研究結果顯示，石墨烯內的電流增益，會隨著頻率升高而降低的FET響應曲線(response curve)變化。

而峰值截止頻率(cut-off frequency)，則是與閘極長度成反比，目前150奈米閘極長度、26 GHz運作頻率是最高紀錄。

美國國防部高等研究計畫署(DRAPA)贊助了上述研究的一部份；DRAPA旨在探討碳電子元件在RF領域的應用，並希望能使用8吋以上晶圓所製造的石墨烯薄膜電晶體，製作出能運作於100GHz以上的寬頻、低雜訊放大器，以實現毫米波通訊。

IBM的研究團隊下一步將改善閘極介電質材料，以實現能在兆赫頻率範圍運作的RF電路。

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IBM研發速度達26GHz的石墨烯電晶體可望超越矽的極限