Александр Бакаткин

Уникальные свойства графена, в частности, необычное поведение носителей заряда в нем, известны ученым с 2004 года, однако до сих пор этот материал не перестает удивлять исследователей. Как показали последние исследования специалистов Технологического Университета Джорджии, графен позволяет проводить в тысячу раз больший ток, нежели медные проводники, и при этом выделяя в десять раз меньше энергии в виде тепла. Это делает возможным использование графена в качестве материала для создания проводящих соединений толщиной менее 22 нанометров.

Для получения интересующих исследователей графеновых структур была выбрана следующая методика их формирования: от графитового блока отделялись углеродные слои толщиной в один атом, после чего они осаждались на кремниевую подложку. Далее, при помощи электронно-лучевой литографии формировались металлические соединения и вырезались проводящие ленты графена шириной 16 - 52 нанометров и длиной 200 - 1000 нанометров. Именно свойства этих структур затем изучались сотрудниками Университета Джорджии.

К этому моменту было известно, что скорость движения носителей заряда в графене, или их подвижность, значительно выше, нежели у медных проводников. Однако при уменьшении размеров проводящих структур различие между графеном и медью только возрастает - при исследовании нанолент на основе графена ученые показали, что через них можно пропускать ток до 10 млрд Ампер на квадратный сантиметр, что в тысячу раз выше аналогичного параметра для медных проводников. До этого момента, заявляют исследователи, никто не измерял допустимую нагрузку по току для графеновых проводников.

Причем при столь высоких нагрузках графеновые проводники нагреваются гораздо меньше своих медных аналогов - благодаря более высокой теплопроводности выделяемая тепловая энергия снижена сразу на порядок. Отмечается, что теплопроводность графена может варьироваться в пределах от 1000 до 5000 Ватт/(метр*Кельвин), тогда как соответствующий параметр для меди - 382 - 392 Ватт/(метр*Кельвин). Одновременно с этим для графеновых проводников снижается и интенсивность такого процесса, как электромиграция. Именно этот феномен значительно ухудшает электрические свойства интегральных микросхем при снижении размеров проводящих элементов - когда поток частиц через проводник близок к допустимой нагрузке по току, то вероятность возникновения электромиграции носителей заряда резко возрастает. Вот почему повышение допустимой нагрузки по току для графена сразу на три порядка столь необходимо для инженеров, работающих над созданием интегральных микросхем нового поколения.

Впрочем, уникальные свойства графеновых проводников еще не гарантируют скорое появление их в составе интегральных микросхем, поставляемых на мировой рынок. До этого момента ученым предстоит преодолеть целый ряд задач: во-первых, разработать технологию получения монослоев графена необходимой площади, чтобы они закрыли собой всю кремниевую пластину; во-вторых, разработать метод формирования соединений графеновых проводников друг с другом и с иными компонентами интегральной микросхемы; в-третьих, оптимизировать нынешние технологии изготовления интегральных микросхем для работы с таким материалом, как графен.