Компьютерра, 2008 № 43 (759) - [5]

Осциллограф позволяет увидеть на экране зависимость различных сигналов от времени. Инженерам и ученым он так же необходим, как нож повару. Сегодня лучшие электронные осциллографы имеют разрешение 30 пс, чего уже недостаточно для анализа быстрых процессов в научных лабораториях и сигналов в оптическом телекоммуникационном оборудовании. И хотя есть масса изощренных способов обойти это ограничение, все они обычно требуют целую серию одинаковых импульсов, к тому же медленно работают.

Чтобы решить эту проблему, ученые перешли от электроники к оптике, благо фотонные схемы обещают гораздо большую полосу пропускания сигналов. Тем более что зачастую анализировать нужно именно оптические импульсы. Их не стали, как обычно, сразу преобразовывать с помощью фотодетектора в электрический сигнал, а направили по световоду в кремниевый оптический чип, изготовленный по CMOS-технологии. В чипе реализован так называемый временной Фурье-процессор, который, используя нелинейное смешение сигнала со вспомогательным лазерным импульсом, преобразует оптический сигнал из временной формы в спектральную. А уже этот спектр, повторяющий форму исходного импульса, измеряется с помощью инфракрасной светодиодной линейки.

В экспериментах ученые продемонстрировали измерение одиночных импульсов сложной формы длительностью более ста пикосекунд с разрешением 220 фемтосекунд, а это рекордное для таких устройств количество отсчетов (более 450). Новый оптический осциллограф использует отдельный кремниевый чип с нановолноводом длиной полтора сантиметра, лазер, компенсирующие световоды и другое оборудование. Но использованная технология, в принципе, позволяет интегрировать основные компоненты оптического осциллографа в единственный чип, что сделает эти приборы легко доступными для многих разработчиков и научных лабораторий. ГА

Графен в массы

Новый способ получения графена предложили ученые из Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Метод хорошо подходит для массового производства и позволяет получать листы графена рекордных размеров с великолепными электронными свойствами.

Как известно, графен - слой углерода толщиною в один атом - обладает аномально высокой проводимостью, большой теплопроводностью и прочностью, что делает его одним из претендентов на место в электронных устройствах будущего. Сегодня используются два основных способа получения графена, и оба плохо сочетаются с массовым производством чипов. В первом графен тем или иным образом отслаивают от монокристаллов графита. Но после этой процедуры довольно трудно убедиться, что получился именно монослой углерода с нужными размерами и свойствами; а ведь потом его еще надо как-то переместить в заданное место чипа. Во втором способе листы графена получают из карбида кремния, нагревая его до температуры более тысячи градусов. Но с помощью этого метода пока удается получать лишь небольшие образцы, к тому же столь высокие температуры чипам явно противопоказаны.

Новый химический способ включает в себя несколько стадий. Сначала графитовую пудру частично окисляют и расслаивают в воде, получая чешуйки так называемого оксида графита. Оксид графита является удобной заготовкой для восстановления графена. Часть его химических связей между атомами в слое углерода разорваны и заменены связями с кислородными комплексами. Раствор фильтруют, прогоняя через мембрану с мелкими порами и получая на ней тонкий слой бумаги из оксида графита, которую высушивают и аккуратно снимают с мембраны. Эту бумагу помещают в чистый гидразин (N2H4), где кислородные комплексы удаляются, плоская структура графена восстанавливается и образуется суспензия, которую уже можно нанести на нужные места чипа, удалив затем остатки гидразина отжигом при полутора сотнях градусов Цельсия. В результате на чипе остается чистый, готовый к использованию графен.

Результаты превзошли все ожидания. Были получены листы графена рекордных размеров 20x40 мкм, которые теперь можно исследовать ранее недоступными методами. Для примера ученые изготовили графеновый полевой транзистор с длиной канала 7 мкм и измерили его параметры. Для этого на играющей роль затвора кремниевой подложке, покрытой изолирующим слоем диоксида кремния, восстановили слой графена, а затем нанесли на его края золотые электроды истока и стока. Такой транзистор выдерживал ток на три порядка сильнее, чем удавалось пропускать сквозь графен, получаемый другими химическими методами. Это свидетельствует о высоком качестве материала.

В то же время листы графена пока выходят не идеально ровными, отклоняясь от плоскости примерно на треть нанометра, что говорит о наличии примесей, над удалением которых еще предстоит поработать. Но в целом новая химическая технология нанесения графена довольно проста и чрезвычайно гибка. Она легко вписывается и в традиционные технологии массового производства чипов, и в новые методы изготовления гибкой электроники. И это вселяет надежду, что новая дешевая и быстрая графеновая электроника уже не за горами. ГА