Вооружившись достижениями в области нанотехнологий, исследователи корпорации IBM приступили к созданию нового поколения беспроводных приемопередатчиков, которые будут обладать гораздо более высокой чувствительностью по сравнению с компонентами современных сотовых телефонов. Кроме того, их производство можно будет удешевить за счет применения менее дорогих материалов. Огорчает лишь то, что в ближайшие пять - а может, и десять - лет новые разработки вряд ли попадут в руки потребителей.
Исследователи, работа которых спонсируется Агентством перспективных оборонных исследований Министерства обороны США (DARPA), продемонстрировали прототипы транзисторов, изготовленных из нового материала - графена. Он представляет собой разновидность графита, единственный слой атомов которого имеет ячеистую структуру.
"Благодаря подобной структуре электроны очень быстро проходят сквозь графен, обеспечивая значительно более высокую эффективность работы устройства по сравнению с существующими приемопередатчиками, выполненными из других материалов", - сообщил Ю Мин Линь, исследователь IBM. Новый проект - составная часть программы DARPA CERA (Carbon Electronics for Radio-frequency Applications).
Прототипы графеновых транзисторов работают на частоте 26 ГГц. Длина затвора такого транзистора составляет 150 нм. Исследователи намерены уменьшить длину затвора до 50 нм, что позволит вывести частоту на уровень, превышающий 1 ТГц.
Указанные частоты значительно превосходят характеристики сегодняшних сотовых сетей. Компоненты, работающие в таком частотном диапазоне, могут найти применение в медицинской и военной сфере, например, в качестве невидимого оружия или средства получения медицинских снимков без использования вредоносных рентгеновских лучей.
На обычных же частотах графеновые приемопередатчики повышают чувствительность сотовых телефонов и базовых станций, что позволяет им улавливать более слабые сигналы. Ключевым параметром здесь является соотношение сигнал/шум или способность отделять радиосигнал от других волн. На одинаковом расстоянии телефон, обладающий лучшим соотношением сигнал/шум, лучше воспринимает сигнал, поступающий с ближайшей сотовой вышки. Более чувствительные телефоны могли бы найти применение в областях, где существующие сегодня аппараты бесполезны. Кроме того, графеновые элементы потребляют меньше электроэнергии, а следовательно, обеспечивают большую продолжительность непрерывной работы от батарей.
При изготовлении высокочастотной радиоаппаратуры используется целый ряд специальных материалов, в том числе арсенид галлия, германий и фосфид индия. Графен представляет собой более дешевую альтернативу этим соединениям. Кроме того, изготовленные из него компоненты работают на увеличенных частотах. Фактически новый материал представляет собой двухмерную углеродную субстанцию, которую Линь сравнил с развернутой нанотрубкой.
"Производители сотовых телефонов, несомненно, оценят возможность повышения чувствительности своих устройств, увеличения продолжительности их непрерывной работы от батарей, а также снижения себестоимости, - отметил аналитик Gartner Стэн Брюдерле. Сегодня мобильные операторы вынуждены увеличивать плотность своих базовых станций, с тем чтобы обеспечить высокую скорость передачи данных абонентам сетей 3G. Повышение чувствительности приемопередатчиков может облегчить решение данной задачи. Однако никто не гарантирует, что именно графен производители сочтут наилучшим решением".
В настоящее время приемопередатчики изготавливаются по технологии КМОП и интегрируются на одном кристалле с другими элементами. Это позволяет снижать себестоимость как за счет интеграции, так и за счет организации массового производства микросхем. При наличии такой мощной конкурирующей производственной технологии графеновые компоненты вряд ли появятся на рынке раньше, чем через десять лет.