Triple-mode transistorer viser potentiale:Forskere introducerer grafenbaserede forstærkere

(PhysOrg.com)-Rice University-forskning, der udnytter grafens omfattende muligheder, kan føre til kredsløbsprogrammer, der er langt mere kompakte og alsidige end hvad der nu er muligt med siliciumbaserede teknologier.

Triple-mode, single-transistor forstærkere baseret på grafen-den en-atom-tykke form af kulstof, der for nylig vandt sine opdagere en nobelpris-kunne blive nøglekomponenter i fremtidige elektroniske kredsløb. Opdagelsen af ​​Rice -forskere blev rapporteret i denne uge i onlinejournalen ACS Nano .

Graphene er meget stærk, næsten gennemsigtig og leder elektricitet meget godt. Men en anden vigtig egenskab er ambipolaritet, grafens evne til at skifte mellem at bruge positive og negative bærere i farten afhængigt af indgangssignalet. Traditionelle siliciumtransistorer bruger normalt den ene eller den anden type bærer, som bestemmes under fremstilling.

En tre-terminal enkelt-transistorforstærker lavet af grafen kan til enhver tid ændres under drift til en af ​​tre tilstande ved hjælp af positive, negativ eller begge dele, give muligheder, der ikke er mulige med traditionelle enkelt-transistorarkitekturer, sagde Kartik Mohanram, en adjunkt i el- og computerteknik ved Rice. Han samarbejdede om forskningen med Alexander Balandin, professor i elektroteknik ved University of California, Riverside, og deres elever Xuebei Yang (på Rice) og Guanxiong Liu (ved Riverside).

Mohanram sammenlignede den nye transistors evner med en vandhane. "Tænd for det, og vandet strømmer, "sagde han." Sluk for det, og vandet stopper. Det er, hvad en traditionel transistor gør. Det er en unipolar enhed - den åbner og lukker kun i én retning. "

"Men hvis du lukker en hane for meget, den åbner igen og vandet strømmer. Det er det, ambipolaritet er - strøm kan flyde, når du åbner transistoren i begge retninger omkring et punkt med minimal ledning. "

Det alene betyder, at en grafen-transistor kan være "n-type" (negativ) eller "p-type" (positiv), afhængigt af om transportøren stammer fra kilden eller afløbsterminalerne (som effektivt kan udskiftes). En tredje funktion vises, når input fra hver bærer er ens:Transistoren bliver en frekvensmultiplikator. Ved at kombinere de tre tilstande, Rice-Riverside-teamet demonstrerede sådanne almindelige signalordninger som fase- og frekvensskift-tastering til trådløse og lydapplikationer.

"Vores arbejde, og andres, der fokuserer på anvendelserne af ambipolaritet supplerer bestræbelserne på at lave en bedre transistor med grafen, "Mohanram sagde." Det lover mere funktionalitet. "Undersøgelsen viste, at en enkelt grafentransistor potentielt kunne erstatte mange i et typisk integreret kredsløb, han sagde. Graphens overlegne materialegenskaber og relative kompatibilitet med siliciumbaseret fremstilling bør muliggøre integration af sådanne kredsløb i fremtiden, han tilføjede.

Teknologiske vejspærringer skal overvindes, Sagde Mohanram. Sådanne fremstillingstrin som dielektrisk aflejring og kontaktforbindelser "ender med at forstyrre gitteret, ridse den og indføre defekter. Det forringer øjeblikkeligt dens ydeevne (begrænsende signalforøgelse), så vi skal være meget omhyggelige i fabrikationen.

"Men teknologien vil modnes, da så mange forskergrupper arbejder hårdt på at løse disse udfordringer, " han sagde.