100Ghz主频不是梦 IBM展示石墨晶体管

　　【IT168 专稿】前几天，美国宾夕法尼亚大学刚刚宣布研制出100mm的纯石墨烯晶圆，IBM则在第二天的《科学》杂志上展示了迄今为止频率最高的射频石墨烯晶体管，速度可达到100Ghz（每秒1000亿次），而此前的最好成绩是40Ghz。

　　据了解，如此高频率是在晶圆尺度外延生长的石墨烯上获得的，所使用的处理工艺和目前广泛应用的硅设备制造技术也是兼容的。统一、高质量的石墨烯晶圆在碳化硅(SiC)衬底上利用热分解合成，而石墨烯晶体管本身基于金属顶栅架构，以及一个由聚合物、高介电常数氧化物组成的栅极绝缘层。

　　石墨烯(Graphene)是石墨的一种特殊形式，呈二维结构，由蜂窝状的单层碳原子组成，完美情况下只包括六角元胞(等角六边形)，而且有着独特的电子属性，有希望最终组成超高速晶体管，故而吸引了全球科研人员的广泛关注。2006年3月, 佐治亚理工学院成功地制造了第一个石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应。

　　晶体管的运行频率取决于其大小和电子移动速度，而大小因素正是半导体行业不断追求更先进工艺硅晶体管的驱动力之一。与硅相比，石墨烯内的电子移动速度非常快，所以能制造出高速度、高性能的晶体管。

　　而目前这种石墨烯晶体管的栅极宽度为240nm，与时下成熟的45nm工艺相比还有很大改进空间，预计届时性能将有大幅度提升。IBM的这一成就是美国国防部高级研究计划署(DARPA)出资设立的碳电子射频应用(CERA)项目取得的又一个关键里程碑，早在2008年末就通过天然石墨中的石墨烯薄片获得了26Ghz的极限频率。IBM还预计，如果能将门信号宽度缩小到50纳米，石墨烯晶体管的频率就有望突破1THz，也就是1000GHz。

　　制程方面，似乎是与IBM配合，宾夕法尼亚大学所宣布的100MM晶圆大大缩减了制造成本，之前全世界最大的石墨烯晶圆为50mm。制造中，他们使用了硅升华技术，去除了碳化硅晶圆中所有的硅，仅留下碳原子组成的石墨烯结构。该晶圆中包含的是石墨烯组成的场效应管元件，研究人员近期就会对其性能进行测试。下一步，他们还计划改进结构，提升电子在石墨烯中的运行速度，已接近1/300光速的理论极限。