p (Phys.org) —Os pesquisadores da IBM construíram o circuito integrado totalmente funcional mais avançado do mundo feito de grafeno em escala de wafer - um novo material semicondutor que tem o potencial de melhorar os dispositivos sem fio de hoje de forma mais barata, comunicações de alta velocidade. O marco da nanotecnologia abre novos dispositivos eletrônicos baseados em carbono e aplicações de circuitos além do que é possível com os chips de silício de hoje. p As propriedades elétricas únicas do grafeno estimularam um tremendo esforço de pesquisa em todo o mundo para tirar proveito deste novo material que é particularmente adequado para redes sem fio, ou radiofrequência (RF), comunicações. Com o crescimento dos aplicativos de big data, dispositivos móveis de alto desempenho tornam-se mais importantes para transmitir e receber conjuntos de dados cada vez maiores com mais eficiência. Circuitos baseados em grafeno podem permitir dispositivos móveis, como telefones inteligentes, tablets ou dispositivos eletrônicos vestíveis para transmitir cargas de dados muito mais rápidas entre si e ao seu redor, de uma maneira mais econômica e eficiente em termos de energia em comparação com as soluções de tecnologia tradicionais.

p O grafeno é um dos nanomateriais eletrônicos mais finos e consiste em uma única camada de átomos de carbono embalados em uma estrutura de favo de mel. Possui excelente eletricidade, óptico, propriedades mecânicas e térmicas que o tornam potencialmente menos caro e mais eficiente em termos de energia em aplicações de dispositivos. A integração de dispositivos de grafeno RF à tecnologia de silício de baixo custo de hoje pode ser uma maneira de permitir comunicações sem fio difundidas, permitindo coisas como sensores inteligentes e etiquetas RFID para enviar sinais de dados a distâncias significativas.

p A fabricação de um verdadeiro circuito integrado é um desafio porque as dimensões atômicas de uma folha de grafeno podem ser facilmente danificadas durante o fluxo de fabricação de circuitos integrados convencionais. Líder em pesquisa científica e tecnológica do grafeno, A IBM demonstrou uma "prova de conceito" em 2011, mostrando ao mundo que era possível construir um circuito integrado de grafeno analógico com um misturador de frequência de banda larga. Contudo, o desempenho do transistor de grafeno foi inevitavelmente degradado devido aos processos de fabricação severos. Desde então, Os cientistas da IBM se concentraram em melhorar o desempenho do dispositivo adequado para comunicações sem fio modernas.

p Usando uma nova abordagem que aproveita os principais processos de fabricação de CMOS de silício, uma equipe de pesquisadores da IBM resolveu esse problema e fabricou e testou o primeiro receptor RF de grafeno de vários estágios do mundo, o mais sofisticado circuito integrado de grafeno até hoje. Para demonstrar a verdadeira funcionalidade, os pesquisadores conseguiram transmitir uma mensagem de texto - como você enviaria e receberia em seu smartphone - usando o circuito integrado de grafeno, exibindo as letras "I-B-M".

p O desempenho demonstrado é 10, 000 vezes melhor do que os esforços relatados anteriormente para circuitos integrados de grafeno e é um grande salto à frente na realização de uma verdadeira tecnologia de grafeno, que potencialmente fornecerá sistemas de comunicação sem fio de alto desempenho e custo mais baixo.

p "Esta é a primeira vez que alguém mostra dispositivos e circuitos de grafeno para realizar funções modernas de comunicação sem fio comparáveis ​​à tecnologia de silício", disse Supratik Guha, Diretor de Ciências Físicas, IBM Research.

p A descoberta também é um marco importante para o programa de Manufatura Aberta de Grafeno, financiado pela DARPA, e relatado em um artigo publicado hoje na revista, Nature Communications .

p Como funciona

p A nova abordagem desenvolvida por pesquisadores da IBM reverte completamente o fluxo de fabricação do circuito integrado de silício convencional, deixando os transistores de grafeno como a última etapa da fabricação do circuito integrado, que preserva o desempenho do dispositivo de grafeno. O circuito integrado do receptor de RF de grafeno multiestágio consiste em 3 transistores de grafeno, 4 indutores, 2 capacitores, e 2 resistores. Todos os componentes do circuito são totalmente integrados em uma área de 0,6 mm2 e fabricados em uma linha de produção de silício de 200 mm (ou 8 polegadas), mostrando a complexidade do circuito de grafeno sem precedentes e a mais alta compatibilidade do processo CMOS de silício. A nova abordagem também permite a possível integração 3D heterogênea com um backbone CMOS de silício.

p Os receptores são um dos componentes principais em qualquer sistema de comunicação sem fio. Os circuitos, consumindo menos de 20 mW de energia para operar, também demonstrou o maior ganho de conversão de todos os circuitos de RF de grafeno em frequência de GHz múltipla. Eles receberam e restauraram com sucesso o texto digital ("I-B-M") transportado em um sinal de 4,3 GHz sem qualquer distorção, mostrando a viabilidade do uso de circuitos integrados de grafeno nas comunicações sem fio GHz de hoje.