Grafeenchips klokken 155 GHz

De net onthulde nieuwste 'state of the art' grafeentransistor draait op een 'kloksnelheid' van 155 GHz. Dat is niet helemaal hetzelfde als wat bij reguliere chips geldt als de kloksnelheid: de snelheid tussen aan en uit gaan. Grafeen kan namelijk niet écht uit, legt IBM uit, dat al jaren aan grafeenchips werkt. Het is dus niet een één-op-één vervanger van het momenteel meestgebruikte chipmateriaal silicium.

Van 25 naar 100 naar 155 GHz

Onderzoekers van IBM zijn er nu in geslaagd hun prototype grafeentransistor van begin vorig jaar flink te verbeteren. Het deze week gedemonstreerde prototype haalt een 'cutoff frequency' van 155 miljard cycli per seconde, ofwel 155 GHz. Het experimentele kerncomponent voor chips is ruim 50 procent sneller dan de in februari onthulde 100 GHz transistor. Die was toen vier keer sneller dan voorgaande exemplaren.

Tegelijk met deze versnelling heeft IBM ook de productiemethodes voor grafeenchips verbeterd. Chips met transistoren van dat materiaal zijn goedkoop te maken met huidige fabricagemethodes. Dat kan dus in bestaande fabrieken, hoewel die wel enige aanpassing nodig hebben om het nieuwe materiaal te gebruiken in de productieketen. Een volledig nieuw productieproces, en dus kostbare chipsfabriek, is echter niet nodig.

Militair nut

Grafeenchips zijn daarmee een stap dichter bij massaproductie. IBM doet nog geen voorspellingen wanneer dit chips met dit materiaal echt op de markt kunnen komen. Het bedrijf ontwikkelt de chips nu mede in opdracht van het Amerikaanse ministerie van Defensie. Het Darpa-project (Defense Advanced Research Projects Agency) van dat ministerie - wat ooit al de basis voor internet heeft gelegd - wil supersnelle transistors laten ontwikkelen voor communicatie- en radarsystemen.

Daar zijn grafeenchips zeer geschikt voor, vertelt IBM-onderzoeker Phaedon Avouris aan Webwerelds Amerikaanse zustersite Computerworld.com. Toepassingen als draadloze communicatie, netwerken, radar en beeldverwerkingen krijgen een flinke prestatieboost door grafeen. Dat materiaal zorgt niet alleen voor snellere chips, maar geeft ook veel minder hitte af. De zelfkoelende eigenschappen van grafeen zijn groter dan de warmte die het opwekt als er electriciteit doorheen loopt.

Analoog eerst

Ondanks de vele voordelen zijn grafeenchips niet ideaal voor gewone computers, stelt IBM-onderzoeker Yu-Ming Lin. Nog niet. Doordat grafeentransistors niet echt helemaal 'uit' kunnen schakelen, zijn ze minder geschikt voor de verwerking van digitale signalen, wat chips in computers doen. Voor analoge elektronica, zoals gebruikt in radiocommunicatiesystemen, is grafeen wel geschikt.

Dit betreft echter de natuurlijke variant van grafeen. Wetenschappers onderzoeken ook mogelijkheden om het te combineren met andere materialen. Dat is eerder al gedaan voor reguliere chips met goed geleidende materialen zoals koper en met exotische stoffen als hafnium-varianten (zogeheten high-k materialen) en germanium (wat zogeheten strained silicon oplevert).