IBM ha realizzato il suo primo circuito integrato basato sul grafene, adottando una tecnica che potrebbe essere usata un giorno per produrre dispositivi per comunicazioni wireless migliori e schermi meno costosi.
"Stavamo lavorando sui transistori al grafene ad alta frequenza da un po', quindi abbiamo intrapreso il successivo passo provando a realizzare un circuito integrato", ha dichiarato Phaedon Avouris, ingegnere a capo del progetto. "La sfida è stata capire come propagare i circuiti integrati sul grafene, che ha caratteristiche differenti rispetto ai semiconduttori come il silicio".
Il circuito costruito da IBM, un mixer di frequenze a banda larga, può operare fino a 10 GHz e un'eccellente stabilità termica fino a 125 gradi Celsius. Il mixer produce segnali in uscita con frequenze miste (somma e differenza) dei segnali in ingresso. Il circuito consiste in un transistor al grafene e in un paio d'induttori integrati su un wafer di carburo di silicio (SiC).
Finora era stato difficile "fondere" i transistor al grafene con altri materiali, ma non sono mancati esperimenti in tal senso. I ricercatori hanno sintetizzato il grafene attraverso un trattamento termico (annealing, ricottura) dei wafer di carburo di silicio per formare strati di grafene uniformi sulla superficie del SiC. La fabbricazione dei circuiti al grafene ha richiesto quattro strati di metallo e due di ossido per plasmare il transistor al grafene top gate, gli induttori on chip e le interconnessioni.
A detta dei ricercatori lo schema produttivo adottato può essere usato anche per altri tipi di materiali al grafene, incluse pellicole al grafene depositate con vapori chimici e sintetizzate su pellicole di metallo, ma è anche compatibile con la litografia ottica in modo da ridurre costi e throughput.
Phaedon Avouris ritiene che il circuito al grafene realizzato da IBM abbia tutto il potenziale per entrare in dispositivi elettronici come quelli per comunicazioni wireless militari, a corto raggio e ultrasicure. Per quanto riguarda i radar, ad esempio, le maggiori frequenze potrebbero essere usate per migliorare la risoluzione degli oggetti che devono essere rappresentati.
Poiché il grafene - uno strato di atomi di carbonio altamente legati e disposti in ordine esagonale – è sottilissimo, secondo IBM potrebbe trovare posto anche nei pannelli di vetro, gettando le basi per la realizzazione di schermi a basso costo per TV ad alta risoluzione o per telefoni.
IBM lavora da tempo, per conto della DARPA, sul grafene. Prima di arrivare a realizzare un circuito integrato l'azienda aveva annunciato la creazione di transistor al grafene con frequenza di taglio da 100 e 155 GHz.