IBM maakt eerste grafeen IC

Al eerder is door IBM en anderen gedemonstreerd dat het mogelijk is om grafeentransistoren te maken. Nu is het dus gelukt om die transistoren met andere elektronica te combineren tot een complete geïntegreerde schakeling.

De circuits zijn vervaardigd door een grafeenfilm van twee of drie lagen dik aan te brengen op een silicium oppervlak (SiC) dat vervolgens werd verhit tot 1400 ºC. Voor het IC zijn zogeheten top-gated, dual-fingered FET’s gebruikt, die werden geïntegreerd met inductoren. De actieve kanalen zijn gemaakt door het spin-coaten van de wafer met een dunne polymeer, waaroverheen een laag waterstof-silsesquioxaan (HSQ) is aangebracht. De kanalen werden daarna ‘uitgesneden’ met behulp van elektronenbundellithografie. Vervolgens werd het overtollige grafeen verwijderd met een zuurstof-plasmalaser en tenslotte werd het geheel gereinigd met aceton. Het resultaat is een IC van minder dan een vierkante millimeter.

De chip produceert uitgangssignalen met gemixte frequenties en hoewel dit prototype niet is bedoeld voor praktisch gebruik, zullen soortgelijke chips in de toekomst worden toegepast voor draadloze communicatie.

Het grootste probleem in dit project was het realiseren van adhesie tussen het grafeen en de andere elektronicacomponenten. Het team, onder leiding van Phaedon Avouris is daarmee een heel jaar bezig geweest. Dat is zeker de moeite waard, want over de hele wereld zoeken wetenschappers naar een vervanger voor silicium in IC’s, dat immers naar verwachting binnen enkele jaren tegen zijn fysische grenzen aan zal lopen.

Wafer-Scale Graphene Integrated Circuit, Science 10 June 2011: Vol. 332 no. 6035 pp. 1294-1297. DOI: 10.1126/science.1204428