Grafenmixer kan fremskynde fremtidens elektronik

Forskere ved Chalmers University of Technology (Sverige) har for første gang demonstreret en ny subharmonisk grafen FET -mixer ved mikrobølgefrekvenser. Mixeren giver nye muligheder i fremtidens elektronik, da det muliggør kompakt kredsløbsteknologi, potentiale til at nå høje frekvenser og integration med siliciumteknologi.

En mixer er en vigtig byggesten i alle elektroniske systemer - en enhed, der kombinerer to eller flere elektroniske signaler til et eller to sammensatte udgangssignaler. Fremtidige applikationer ved THz-frekvenser såsom radarsystemer til sikkerhed og sikkerhed, radioastronomi, procesovervågning og miljøovervågning vil kræve store arrays af mixere til billeddannelse i høj opløsning og højhastighedsdataindsamling. Sådanne mixer-arrays eller multi-pixel-modtagere har brug for nye typer enheder, der ikke kun er følsomme, men også strømeffektive og kompakte.

Evnen i grafen til at skifte mellem hul- eller elektronbærertransport via felteffekten muliggør en unik niche for grafen til RF IC-applikationer. Takket være denne symmetriske elektriske egenskab, forskerne på Chalmers har formået at bygge den subharmoniske resistive G-FET-mixer med kun én transistor. Derfor, ingen ekstra fodringskredsløb er påkrævet, hvilket gør mixerkredsløbet mere kompakt i modsætning til konventionelle mixere. Som en konsekvens, den nye type mixer kræver mindre wafer-areal, når den er konstrueret og kan åbne op for avancerede sensor-arrays, for eksempel til billeddannelse ved millimeterbølger og endda submillimeterbølger efterhånden som G-FET-teknologien udvikler sig.

"Blanderens ydeevne kan forbedres ved yderligere at optimere kredsløbet, samt fremstilling af en G-FET-enhed med et højere on-off strømforhold", siger Jan Stake, professor i forskerholdet. "Ved at bruge en G-FET i denne nye topologi kan vi udvide dens drift til højere frekvenser, derved udnytte grafens usædvanlige egenskaber. Dette baner vejen for fremtidige teknologier, der opererer ved ekstremt høje frekvenser."

Ud over at muliggøre kompakte kredsløb, G-FET giver potentiale til at nå høje frekvenser takket være den høje hastighed i grafen, og det faktum, at en subharmonisk mixer kun kræver halvdelen af ​​den lokale oscillator (LO) frekvens sammenlignet med en fundamental mixer. Denne egenskab er attraktiv, især ved høje frekvenser (THz), hvor der mangler kilder, der giver tilstrækkelig LO-effekt.

I øvrigt, G-FET kan integreres med siliciumteknologi. For eksempel, den er CMOS-kompatibel (Complementary Metal Oxide Semiconductor) og kan blandt andet bruges i CMOS-elektronik til backend-behandling på en enkelt chip.