(PhysOrg.com) -- Graphène, une couche de carbone graphitique d'une épaisseur d'un atome, a un grand potentiel pour fabriquer des appareils électroniques tels que des radios, ordinateurs et téléphones plus rapides et plus petits. Mais ses propriétés uniques ont également conduit à des difficultés d'intégration du matériau dans de tels dispositifs.

Dans un article publié le 1er septembre dans la revue La nature , un groupe de chercheurs de l'UCLA démontre comment ils ont surmonté certaines de ces difficultés pour fabriquer le transistor au graphène le plus rapide à ce jour.

Avec la mobilité de porteur connue la plus élevée - la vitesse à laquelle les informations électroniques sont transmises par un matériau - le graphène est un bon candidat pour l'électronique radiofréquence à grande vitesse. Mais les techniques traditionnelles de fabrication du matériau conduisent souvent à des détériorations de la qualité de l'appareil.

L'équipe de l'UCLA, dirigé par le professeur de chimie et de biochimie Xiangfeng Duan, a développé un nouveau procédé de fabrication de transistors au graphène utilisant un nanofil comme grille auto-alignée.

Les portes auto-alignées sont un élément clé des transistors modernes, qui sont des dispositifs à semi-conducteurs utilisés pour amplifier et commuter des signaux électroniques. Les portes sont utilisées pour commuter le transistor entre différents états, et des portes auto-alignées ont été développées pour faire face aux problèmes de désalignement rencontrés en raison de la diminution de l'échelle de l'électronique.

Pour développer la nouvelle technique de fabrication, Duan a fait équipe avec deux autres chercheurs du California NanoSystems Institute de l'UCLA, Yu Huang, professeur assistant en science et ingénierie des matériaux à la Henry Samueli School of Engineering and Applied Sciences, et Kang Wang, professeur de génie électrique à l'école Samueli.

"Cette nouvelle stratégie surmonte deux limitations rencontrées auparavant dans les transistors au graphène, " dit Duan. " D'abord, il ne produit pas de défauts appréciables dans le graphène lors de la fabrication, la mobilité élevée des porteurs est donc conservée. Seconde, en utilisant une approche auto-alignée avec un nanofil comme grille, le groupe a pu surmonter les difficultés d'alignement rencontrées précédemment et fabriquer des dispositifs à très court canal avec des performances sans précédent."

Ces avancées ont permis à l'équipe de démontrer les transistors au graphène les plus rapides à ce jour, avec une fréquence de coupure jusqu'à 300 GHz — comparable aux meilleurs transistors en matériaux à haute mobilité électronique tels que l'arséniure de gallium ou le phosphure d'indium.

"Nous sommes très enthousiasmés par notre approche et les résultats, et nous déployons actuellement des efforts supplémentaires pour intensifier l'approche et augmenter encore la vitesse", a déclaré Lei Liao, un stagiaire postdoctoral à l'UCLA.

L'électronique radiofréquence à grande vitesse peut également trouver de larges applications dans la communication par micro-ondes, technologies d'imagerie et de radar.