Kolbaserat höghastighet 3D GaN elektroniksystem

Diarienummer: SE13-0061
Start- och slutdatum: 140301-201231
Beviljat belopp: 32 000 000 kr
Förvaltande organisation: Chalmers University of Technology
Forskningsområde: Informations-, kommunikations- och systemteknik

Summary

I detta projekt, föreslår vi en tillverkningsstrategi för tredimensionella och högpresterande elektronik system, baserade på galliumnitridsubstrat och användning av kolnanomaterial, (grafen och kolnanorör), som en nyckel faktor för integration i framtida elektroniksystem bortom CMOS. Vi kommer demonstrera detta genom att sätta samman kompletta kretsar med kolnanorörsbaserade genomföringar genom gallium nitrid, grafénbläckstråleutskrivna förbindningar, grafénradio (mixer och förstärkare). Vår vision är att avancera forskningen inom detta område kraftigt och på så sätt bidra till överången till kolbaserade elektronik inom 10 till 15 år, då Moorés lag förväntas brytas. För att uppnå detta, avser vi att fokusera på utvalda tekniska och vetenskapliga problem, däribland utveckling av grafénbläckstråleskrivna förbindningar, mixer och förstärkare samt kolnanorörsbaserad TGV (through gallíumnitrid via) teknik. Fysisk modellering på fundamental nivå av vidhäftning och elektrisk prestanda hos grafen och kolnanorör/metallgränsskikt kommer också genomföras. Vårt slutliga mål är att demonstrera CNT TGV förbindning med en elektrisk resistivitet som är minst lika bra som koppar, grafénbläckstråleförbindning med resisitiviet <50 Ω/sq., med grafénradio med en förlust som är lägre än 10dB vid mikrovågsfrekvensområden.

Populärvetenskaplig beskrivning

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.