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半导体和电子产品

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真实世界的石墨烯逻辑

06 Aug 2012 Isabelledumé.
新的石墨烯逻辑设备勾选大量框

意大利的研究人员和美国创造了第一家集成石墨烯逻辑门,在空气和室温下工作。该团队表示,该工作代表了基于石墨烯的逻辑发展的重要里程碑。

该设备也是第一个用匹配电压输入和输出数字信号操作的石墨烯逻辑门,解释了COMO的PoliteCnico Di Milano的团队领导者罗马Sordan。这种操作是实际使用这种类型的门的主要先决条件。“此外,我们的门集成在一种石墨烯上,该石墨烯可以很容易地在大面积上生长,从而铺平了这种基于碳的电子设备的大规模生产方式,” he says.

为了继续在将来制作更多强大的计算机,电子设备必须能够以更快的速度执行简单的逻辑任务。传统的硅芯片受到电子行进中的速度的限制,称为载体迁移率的参数。石墨烯.–一块碳原子只有一个原子厚–通常被吹捧为未来的硅,因为它可以通过独特的电子特性来克服这个问题,包括非常高的电子和空穴移动性。

第一个石墨烯逆变器

SONDAN及其同事于2009年制作了第一个Graphene集成电路,当时他们制造了一个互补的逆变器–现代数字电子的主楼块。虽然功能完全运行,但这种设备不适合现实世界应用,因为它是在无法扩大到工业水平的过程中使用exfoliate的石墨烯制成。更重要的是,设备无法使用匹配电压输入和输出信号进行操作。“没有这样的信号匹配,逻辑门不可能‘cascaded’ –也就是说,一个逻辑门无法触发其邻居–并且如此复杂的逻辑功能无法实现,” explains Sordan.

自本早期工作以来,其他研究组一直在努力在石墨烯逆变器中产生信号匹配。然而,即使是最好的设备也仅在非常低的温度下工作,并且基于剥离的石墨烯样品。

CVD石墨烯到救援

SONTAN及其同事现在通过化学气相沉积在晶片上生长的石墨烯制造了逆变器–批量生产的过程。该设备能够进行数字信号匹配,并且还在室温和空气中运行。但那并非全部。“我们还在环境条件下展示了到目前为止在CVD Graphene上报告的最高电压增益,这是匹配数字信号的仪器,” says Sordan. “2009年,我们只有0.04的收益–并且那是在剥离的石墨烯装置中。”

研究人员在一个类似于它们之前制造的石墨烯放大器的自对准器件设计中实现了壮举。“我们不仅在我们的新实验中展示了信号匹配,而且还将级联的石墨烯逻辑门放入更复杂的电路中,” adds Sordan. “此类结果从未在任何温度下看到过–低温或其他。”

如果这还不够,那么该团队表示,它也成功地识别级联所需的参数。

怀疑休息?

“在真实应用中使用石墨烯逻辑门,科学界有一些疑问,” Sordan says. “我们现在表明石墨烯逻辑门可以在日常,环境条件下运行,并且这些门也可能用于血清应用中。”实际上,已经产生的栅极具有比发射器耦合逻辑(ECL)门更大的电压摇摆–今天存在的最快逻辑系列。 ECL栅极用于以高于100的极高频率的数字信号处理 GHz –目前无法对传统最先进的CMOS技术无法访问的范围。

该技术努力克服的技术的一个缺点是石墨烯门尚不能用于低功耗应用,因为功率耗散仍然太高。

该团队,其中包括来自Eric Pop的研究人员’伊利诺伊大学的伊利诺伊大学在美国厄尔巴纳·斯记卡,描述了它的工作 纳米字母.

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