グラフェン•ベースの論理回路の新たな希望

Tiffany Trader

半世紀以上にわたり、コンピュータのプロセッサは電力が増加し、驚異的な速さでサイズが縮小したが、ムーアの法則で説明された指数の進歩は徐々に落ちて来ている。 シリコン相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術に基づくエレクトロニクスは、ナノスケールの物理的限界に直面してきている。 現在、CMOSの代わる技術はないが、グラファイトの1原子の厚さの層のグラフェンを含む幾つかの候補がテーブル上にある。 研究は、この信じられないほど強く、軽量な素材がナノスケールデバイスの新世代のための基盤を提供することができることを示唆している。

研究で用いたグラフェン素子の電 子顕微鏡画像を走査する。 スケールバーは1ナノメートル

熱と電気の優れた導体として、グラフェンは、有望な電子基板であり、まだこの材料の他の特性がシリコンの代替としてその進捗状況を窮地に立たせている。 これらの制限に対処するために、カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者は、完全に新しいアプローチをとっている。

半導体材料は、孔から電子を分離し、トランジスタが完全にスイッチオフすることができるエネルギーバンドギャップを有する。 このオン/オフスイッチはブール論理を可能にし、近代的なコンピューティングの基盤である。

グラフェンは、エネルギーバンドギャップを持っていないので、グラフェンで実装したトランジスタは、非常に高速になるが、高リーク電流と法外な電力損失を経験するだろう。 これまでのところ、グラフェンにバンドギャップを誘導する試みは成功しておらず、科学者は、グラフェンベースの計算回路の実現可能性に疑問を残している。

しかし、ブール論理は、情報を処理するための唯一の方法ではない。 UCリバーサイドのチームは、ギャップのないグラフィンが実行可能な非ブール演算アーキテクチャを構築することが可能であることを示した。 その解決にはグラフェン特有の電流-電圧特性に依存し、陰性微分抵抗の現れである。 研究者は、グラフェンのこの本質的な性質が顕微鏡サイズのグラフェン素子で見られるだけでなく、ナノメートルスケールでも見られることを実証している。そして、極めて小型で、低消費電力な次世代の回路のための段階を設定することができることを発見している。

「ほとんどの研究者は、より多くの論理回路でのアプリケーションのために、従来の半導体と同様にするためにグラフェンに変更しようと試みました。」と電気工学の教授のAlexander Balandinは言った 。 「これは、通常、グラフェン特性の劣化をもたらします。例えば、まだ十分に大きなバンドギャップを誘導出来ない間、電子移動度の減少をもたらす共通エネルギーバンドギャップを誘導しようとします。」

「私たちは、別のアプローチを取ることに決め」Balandinは続けた。 「グラフェンを変えようと試みる代わりに、私たちは情報が回路で処理される方法に変更しました。」