Højtydende og wafer-skalerbare justerede carbon nanorør-transistorer

Når vi træder ind i den trådløse verden af ​​5G, kommunikation i millimeterbølgebåndet (dvs. fra 30 til 300 GHz) bliver stadig vigtigere, især til højhastigheds trådløse dataoverførselsapplikationer. Problemet er, at ved disse små bølgelængder, signalstyrken på kredsløbet forringes hurtigt, hvilket kræver, at kredsløbet er meget integreret i det mindst mulige fodaftryk. For bedst muligt at implementere dette, højfrekvenstransistorteknologien skal være kompatibel med digital elektroniks arbejdshestteknologi:komplementære metal-oxid-halvledere (CMOS'er).

Nylige undersøgelser har antydet, at transistorer lavet af justerede kulstofnanorør kan føre til bedre ydeevne i trådløse enheder end almindeligt anvendte III-V-halvledere. Dette skyldes primært deres meget lineære signalforstærkning og deres bedre kompatibilitet med CMOS-kredsløb.

Med det i tankerne, forskere hos Carbonics Inc., et halvlederelektronikfirma baseret i Los Angeles, har for nylig udviklet en ny type transistor lavet af justerede kulstof nanorør. Denne nye transistor, præsenteret i et papir udgivet i Naturelektronik , fungerer ved gigahertz-frekvenser og er nemmere at integrere med CMOS-teknologi end de fleste eksisterende transistorer.

"Under mit kandidatstudium, Jeg arbejdede sammen med professor Peter Burke ved UC Irvine (en af ​​de originale fakkelbærere for teknologien) og undersøgte radiofrekvensanvendelser til kulstofnanorør, "Christopher Rutherglen, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Efter eksamen, Jeg fortsatte indsatsen hos et firma kaldet Aneeve LLC, hvor fokus var på at lave højfrekvente transistorer ved hjælp af kulstof nanorør, ved at bruge IP-licenser (intellektuel ejendomsret) fra Prof. Chongwu Zhou's gruppe ved USC."

I 2014 Aneeve LLC, virksomheden, hvor Rutherglen arbejdede, blev genindarbejdet som Carbonics Inc. efter at have modtaget betydelig venturekapitalfinansiering. Siden da, virksomheden har forsøgt at udvikle og i sidste ende kommercialisere højfrekvente kulstof-nanorørtransistorer. Resultaterne, for nylig udgivet i Naturelektronik , er et betydeligt spring fremad både for Carbonics Inc. og for den overordnede udvikling af denne særlige type transistor.

Den vigtigste forskel mellem de højfrekvente transistorer udviklet af Rutherglen og hans kolleger og sammenlignelige eksisterende teknologier er, at førstnævnte er lavet af tusindvis af justerede kulstofnanorør i stedet for højere-dimensionelle Si- eller III-V-materialer. En vigtig fordel ved kulstof nanorør er, at de er endimensionelle materialer, og har dermed overlegne transportegenskaber.

"For eksempel, som elektroner transporteres gennem ethvert materiale, der er en tendens til, at de spreder sig eller kolliderer langs deres rejsevej, hvilket i sidste ende reducerer hastigheden af ​​den samlede enhed, " Rutherglen forklarede. "I endimensionelle materialer såsom carbon nanorør, elektroner kan rejse meget længere afstande, før de spredes, fordi der er færre tilgængelige tilstande, som elektronen kan spredes ind i. Kort sagt:Det kan ikke spredes op eller ned, højre eller venstre, fordi der ikke findes sådanne tilstande i 1-D materialer."

En yderligere fordel ved carbon nanorør i transistorer er, at de kan påføres på en bred vifte af substrater ved hjælp af en simpel overfladebelægningsmetode. Denne egenskab letter deres integration med CMOS og andre halvlederteknologier, da det gør dem nemmere at kombinere med andre materialer.

"I næsten to årtier, kulstof-nanorør-baserede højfrekvente transistorer er blevet udråbt som en spilskiftende teknologi, " sagde Rutherglen. "Men, de oppustede forventninger i de tidlige dage blev ikke indfriet, efterlader mange til efterfølgende at sænke teknologiens fordele og komme videre. Som rapporteret i vores avis, Vi har for første gang demonstreret, at højfrekvente transistorteknologier i kulstof-nanorør kan levere enhedens præstationer, der slår højt i nøglemålinger."

Undersøgelsen udført af Rutherglen og hans kolleger åbner nye muligheder for udvikling af transistorer, der er lettere at integrere med CMOS-kredsløb. Deres resultater tyder også på, at transistors ydeevne kan øges yderligere ved at tage fat på nogle af de kendte udfordringer forbundet med udviklingen af ​​denne type teknologi.

I fremtiden, resultaterne indsamlet af dette hold af forskere kan foranledige ændringer i halvlederindustrien, opmuntre elektronikproducenter til at revurdere designet og strukturen af ​​eksisterende transistorer. For at tage de tilpassede kulstof-nanorørtransistorer fra et prototypestadium til massemarkedet, imidlertid, teknologien skal stadig modtage investeringer på hundreder af millioner af dollars.

"Vores næste skridt er at fortsætte med at forbedre de opnåede resultater og arbejde med industripartnere for at fremme teknologien, " sagde Rutherglen. "Vi er i øjeblikket involveret i licens- og teknologioverførselspartnerskaber med industrideltagere."

© 2019 Science X Network