Annons

TeraHerz inget för grafentransistorer

Swedish Microwave Days, på Chalmers i Göteborg, avslutades av gästföreläsaren dr Frank Schwierz från Technische Universität Ilmenau i Tyskland. Hans för många chockerande slutsats var ”Is graphene a wonder material for electronics? We believe: NO!”

2010 delades Nobelpriset ut till forskarna Andre Geim och Konstantin Novoselov för deras forskning kring grafen. Redan 2004 presenterade de två epokgörande uppsatser om det tvådimensionella (en atom tjockt) kolbaserade material som skulle ge näring åt många forskningsprojekt i världen.
Frank Schwierz berättade på GigaHerz-konferensen att det i världens universitet presenterades 11 700 akademiska uppsatser om grafen som material och 880 som specifikt adresserade grafen för transistorer.
Speciellt intressant var materialets höga mobilitet. Artiklar i akademisk press uttryckte därför förhoppningar om att man med grafen skulle kunna skapa FET som skulle kunna arbeta i THz-området. Frank Schwierz gav i sitt föredrag en bild av hur långt man hade nått efter tio års forskning.
Under 2008 lyckades man ta steget från fT  på några GHz till 427 GHz.
–  Detta imponerande rekord genomfördes med en GFET med 67 nm gate. Denna gränsfrekvens är högre än för någon annan RF-FET , utom för HEMT i InP och metamorf HEMT (mHEMT) i GaAs.
Men Frank Schwierz påpekade att fT (den frekvens då strömförstärkningen har sjunkit till 1) inte är så intressant som fmax (maximal oscillatorfrekvens). Begreppet fmax är relaterad till transistorns effektförstärkning medan fT är relaterad till strömförstärkningen vid småsignal.
– Lägg märke till skillnaden gentemot konkurrerande typer av RF FET som vanligen har fmax > fT.
Frank Schwierz visade att man för GFET har uppnått fmax på 70 GHz, att jämföra med många konkurrerande transistorer med fmax på flera hundra GHz och InP HEMT som klarar över 1 THz.
Orsaken till att GFET är så mycket sämre grundar sig på det faktum att transistorer i grafen saknar bandgap.
Flera försök har gjorts att skapa ett bandgap, bland annat genom att använda nanosträngar för transistorn kanal. Trots detta ser inte Frank Schwierz det möjligt att höja fmax.
– Och om man inte kan göra det kommer GFET inte att kunna konkurrera med HEMT i III-V-material eller MOSFET i kisel.
Han säger att visserligen har man i experiement kunna skapa bandgap i grafen, men att mobiliteten då kraftigt sänks, vilket motverkar strävan efter snabbare komponenter.
Är då grafentransistorn uträknad? Nej, Frank Schwierz tror att GFET skulle passa för tryckt elektronik  Dessutom pågår intressant forskning där man går längre än att följa en FET-uppbyggnad.
Frank Schwierz utsaga ”Is graphene a wonder material for electronics? We believe: NO!” må låta drastisk, men han konstaterade även att det finns både för- och nackdelar.
– Det är vårt jobb att finna områden där fördelarna med grafen kan utnyttjas och där deras nackdelar inte är kritiska, t ex i de fall man utnyttjar grafen-transistorns dubbelriktade ledning (t ex i blandarsteg, frekvensdubblare) och söka efter nya koncept bortom MOSFET. Men att vi skulle kunna få fram THz-transistorer inom några år är knappast troligt.

 

Comments are closed.