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Funkempfänger IBM treibt Graphen-ICs die Kinderkrankheiten aus

Redakteur: Peter Koller

IBM-Forscher haben auf Basis des Kohlenstoff-Materials Graphen einen Funkempfänger-IC gebaut, der mit seiner Leistungsfähigkeit alle bisherigen Graphen-basierten Schaltungen in den Schatten stellt.

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Das Elektronenmikroskop-Bild zeigt die wesentlichen Elemente des Chips, im Zentrum die Graphen-basierten FETs
Das Elektronenmikroskop-Bild zeigt die wesentlichen Elemente des Chips, im Zentrum die Graphen-basierten FETs
(IBM Research)

Zugegeben, der integrierte Schaltkreis, den die IBM-Forscher aus Yorktown Heights N.Y. um den Wissenschafler Shu-Jen Han gebaut haben, macht auf dem Papier nicht viel her. Er besteht gerade mal aus elf Bauelementen: vier Induktivitäten, zwei Widerstände, zwei Kondensatoren und drei Transistoren. Doch letztere haben es in sich, denn sie bestehen nicht aus Silizium oder ähnlichen Halbleitermaterialien, sondern es sind GFETs – Feldeffekttransistoren auf Basis von Graphen.

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Das Material besteht aus einer einzigen Atomlage Kohlenstoffatomen in einen Honigwaben-Anordnung. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, darunter einer sehr großen Ladungsträgerbeweglichkeit, gilt Graphen als ein möglicher Nachfolger von Silizium für elektronische Schaltkreis auf Nano-Ebene.

Bisherige Versuche, aus Graphen komplexere Schaltungen zu formen, scheiterten am meist an einer überraschend schlechten Performance der Schaltungen. Das lag daran, dass die hauchdünnen Graphenschichten bei der Integration auf Siliziumsubstrate meist beschädigt wurden und so ihre Leistungsfähigkeit einbüßten.

Indem sie die üblichen Silizium-Fertigungsprozesse quasi "auf den Kopf" stellten, so dass die Graphen-Elemente zuletzt in die Schaltung integriert wurden, gelang es den IBM-Forschern nun, dieses Problem zu umgehen. Das dadurch erzielte Fortschritt ist beeindruckend. Laut Shu-Jen Han performt der Graphen-basierte RF-Receiver-IC rund 10.000 mal besser als bisherige Graphen-Bauteile.

Die Wissenschaftler übertrugen mit dem Chip als Test die Buchstaben I-B-M auf einem 4,3-GHz-Trägersignal bei einem Energieverbrauch der Schaltung von weniger als 20 mW, hieß es. Die Hoffnung ist es, entsprechende Schaltkreis in Zukunft in Sensoren oder RFID-Tag zu integrieren, um eine schnellere und Energieeffizientere Datenübermittlung zu erzielen.

Der Prototyp-Chip hat eine Fläche von 0,6 mm2 und wurde auf Acht-Zoll-Wafern hergestellt.

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