Carbon Based High Speed 3D GaN Electronics System
- Reference number
- SE13-0061
- Start and end dates
- 140301-201231
- Amount granted
- 32 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
In this project, we propose a 3D high speed electronic system on gallium nitride substrate using carbon nano-material (carbon nanotubes and graphene) as key enabler for integration in future nano-scale beyond CMOS electronic systems. We demonstrate this by putting together a complete circuitry using CNT through gallium nitride via, graphene inkjet printed interconnect and a graphene radio (transistor mixer and amplifier). Our vision is that we will significantly have advanced the research in this area and therefore contributed to switch to carbon-based electronics in 10 to 15 years from now, as Moore´s law is expected to hit the wall by then. To achieve this, we focus on a selection of technological and scientific issues, including engineering of CNT based TGVs, inkjet printed graphene interconnects, graphene transistor mixer and amplifier technology. Fundamental physics-based modeling of nano-scale adhesion and electrical performance of graphene and CNT/metal interfaces will also be carried out. Graphene will be produced by exfoliation of graphite for inkjet printed interconnects and by chemical vapour deposition (CVD) process for the fabrication of transistor and circuits. Our final goal is to demonstrate CNT TGV resistivity similar to copper (10-8Ωm) and graphene inkjet printed line performance <50 Ω/sq. and integrate a graphene radio based on transistor amplifier and mixer circuitry with an overall conversion loss lower than 10dB at microwave frequencies.
Popular science description
I dagens samhälle är majoriteten av all elektronik baserad på kiselteknologi. Det har historiskt sett skett en enorm utveckling för tillverkningstekniker för kiselchip, men inom 10-15 år förväntas man att nå ett stadie där teknologin möter sin begränsning. Den mest lovande efterträdaren till kiselteknologin, som erbjuder möjligheter bortom vad som är möjligt idag, är att använda kolstrukturer. Detta grundas bland annat i att man nyligen upptäckt fantastiskt goda och användbara egenskaper hos atomtunna lager av kol, kallat grafén samt en dimensionell kolnanorör. Det finns dock många hinder på vägen, för att göra kolbaserad elektronik till verklighet. I detta projekt avser vi att studera och försöka lösa några av de mest kritiska problemen, med målet att tillverka komponenter och utveckla processer som är absolut nödvändiga för att bygga framtidens kolbaserade elektronik system. Vi avser att därför inom projektet utveckla grundläggande byggstenar för höghastighetselektronik som utgör grunden till snabba mobila kommunikationer, en industrigren där Sverige har en ledande position bl a genom Ericsson. För det avser vi att bygga en elektroniksystem med kolnanorör som tredimensionella förbidning, med grafénbläck som horizontella förbindningsmaterial för att förbinda en grafénmixer och en förstärkare, dvs, en grafénradio.