石墨烯提升电子设备速度


  瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究人员首次证明,一种新型次谐波石墨烯场效应晶体管(G-FET)混频器可采用微波频率。这种混频器带来一种新的机遇,在未来的电子产品中,可以开发更紧凑的电路技术,有可能实现高频率高集成的硅技术。

  这种混频器是一个关键组成部分,在所有的电子系统中,这种设备都可以把两个或两个以上的电子信号,结合成一个或两个复合输出信号。未来可用于太赫兹频率,比如安保雷达系统,射电天文学,过程监测和环境监测,都需要大型阵列的混频器,用于高分辨率成像和高速数据采集。这种混频器阵列或多像素接收机都需要新型设备,这些设备不仅敏感,而且节能紧凑。

  石墨烯可以在空穴之间进行切换,电子载体可以通过场效应传输,这就带来一种独特优势,使石墨烯可进行射频集成电路(RF IC)应用。利用这种对称的电气特性,查默斯理工大学研究人员已成功制成石墨烯场效应晶体管次谐波电阻性混频器(subharmonic resistive mixer),只使用了一个晶体管。因此,不需要多余的传输电路,这使混频器电路比传统混频器更加紧凑。因此,这种新型混频器需要较少的晶圆面积就可制成,可以采用先进的传感器阵列,例如毫米波甚至亚毫米波成像(sub millimetre waves),这是因为石墨烯场效应晶体管的技术进步。

  “这种混频器的性能可以改进,只需进一步优化电路,同样,制成石墨烯场效应晶体管设备,要有较高的开关电流比(on-off current ratio),”简安•斯泰克(Jan Stake)说,他是这一研究小组的教授。“使用石墨烯场效应晶体管,这种新的拓扑结构使我们可以提升它的性能,达到更高的频率,从而利用石墨烯的特殊性质。这就铺平了道路,使未来技术的运行具有极高的频率。”

  除了制成紧凑电路之外,这种石墨烯场效应晶体管有可能达到高频率,因为石墨烯有高速度,而事实上,次谐波混频器只需要一半的局部振荡器(LO)频率,这是对比基本混频器而言。这一属性很有吸引力,特别是在高频率(赫兹)段,因为缺乏资源,难以提供足够的局部振荡器功率。

  此外,这种石墨烯场效应晶体管可以集成到硅技术中。例如,它兼容互补金属氧化物半导体(CMOS :Complementary Metal Oxide Semiconductor),而且,在其他方面,可以用在互补金属氧化物半导体电子产品中,用于单芯片上的后端处理。