IBM testet erfolgreich Graphen-basiertes Funkmodul

IBM ist es gelungen, ein aus Graphen erzeugtes Funkmodul in Betrieb zu nehmen und damit die drei Buchstaben seines Firmennamens auf einer Frequenz von 4,3 GHz zu übertragen. Ein Forschungsbericht dazu findet sich in der jüngsten Ausgabe von Nature Communications.

IBM fügt seinen Graphen-Feldeffekttransistor (GFET, violett markiert) nachträglich einem integrierten Schaltkreis hinzu (Bild: IBM).

Graphen (bisweilen auch „Graphén“ geschrieben, Englisch „graphene“) ist eine nur ein Atom dicke Schicht aus kristallisiertem Kohlenstoff. Viele Wissenschaftler hoffen, dass es sie in die Lage versetzen wird, eines Tages die Beschränkungen von Silizium hinter sich zu lassen und einen echten Quantencomputer zu bauen. Für das ultradünne Material gibt es eine Reihe vielversprechender Anwendungen, von Kommunikation in hoher Bandbreite bis zu einer neuen Generation von Low-Cost-Smartphones und TV-Bildschirmen. Die Entdeckung von Graphen im Jahre 2004 wurde 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Ein Mangel an Graphen ist vorerst nicht zu erwarten. Laut dem Forscher Ming Liu aus Berkeley kann „das Graphit in einem Bleistift ausreichend Graphen liefern, um eine Milliarde optischer Modulatoren zu fertigen.“ Allerdings ist Graphen auch brüchig. Ein Herstellungsprozess, der Graphen mit herkömmlichen Silizium-Halbleitern verbindet, kann leicht zu einer Beschädigung der Graphenschicht führen.

An dieser Stelle setzten die IBM-Forscher an, die Graphen einem fertigen Silizium-Chip hinzufügten, statt den Prozessor um das Graphen herum zu konstruieren. Der so entstehende integrierte Schaltkreis kombiniert einen Graphen-Feldeffekttransistor (GFET) mit den anderen Komponenten. Dieses Verfahren lässt sich gut mit der traditionellen CMOS-Herstellung verbinden, sodass die Funktechnik problemlos mit anderen Computerfunktionen kombiniert werden kann. CMOS steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor, deutsch komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter. Dieser Halbleiterprozess wird zur Realisierung von integrierten digitalen sowie analogen Schaltungen eingesetzt.

IBM hat seinen Empfänger aus Graphen genutzt, auf 4,3 GHz eine digitale Übertragung der Bits „01001001“ „01000010“ und „01001101“ entgegenzunehmen – der Binärcodes für I, B und M. Die Übertragungsrate betrug dabei 20 MBit/s, sie wurde aber durch die Testausrüstung eingeschränkt – und nicht durch den Empfänger aus Graphen.

Der Chip, auf den das Graphenmodul aufgebracht wurde, hat eine Fläche von 0,6 Quadratmillimetern. Das Fazit der Forscher lautet: „Man kann sich jetzt vorstellen, dass hochleistungsfähige Funkschaltkreise aus Graphen direkt auf hochdichte Silizium-CMOS-Logik aufgebracht wird, um ein extrem preisgünstiges, ultrakompaktes Kommunikationssystem zu bilden.“ Dem IBM-Projekt gehören Shu-Jen Han, Alberto Valdes Garcia, Satoshi Oida, Keith A. Jenkins und Wilfried Haensch an.

Siliziumplatte mit Dutzenden nachträglich hinzugefügten Graphen-basierten Empfängerchips (Bild: IBM).

[mit Material von Stephen Shankland, News.com]

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