基于石墨烯的新型单晶体管放大器面临三重威胁

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新型三模单晶体管放大器可以替代许多传统晶体管
新型三模单晶体管放大器可以替代许多传统晶体管

石墨烯已经为我们带来了世界上最小的晶体管 - 两次 -现在,一种碳原子厚度的碳最近获得了其发现者的诺贝尔奖,该碳已被用于制造三模单晶体管放大器。这种新型晶体管有潜力取代典型集成电路中的许多传统晶体管,其开发人员表示,该器件可能成为未来电子电路中的关键组件。

除了非常强,几乎透明并且是非常好的电导体之外,石墨烯还具有双极性,这意味着它能够根据输入信号动态地在正负载波之间切换。相比之下,传统的硅晶体管通常仅使用一种或另一种类型的载体,这是在制造过程中确定的。正是石墨烯的双极性特性使得莱斯大学和加利福尼亚大学河滨分校的研究人员得以开发出新型的三端单晶体管放大器。

使用正,负或两者的载流子,可以在操作期间随时将三态晶体管更改为三种模式中的任何一种。赖斯电气与计算机工程学助理教授卡蒂克·莫汉兰(Kartik Mohanram)说,这提供了传统单晶体管架构无法实现的机遇。

Mohanram将新晶体管的功能比喻为水龙头的功能。他说:“打开水,水就流了。” “关掉它,水就停止了。这就是传统晶体管的作法。它是一个单极器件,它只能沿一个方向打开和关闭。但是如果您将水龙头闭合得太多,它又会打开并且水会流动。这就是双极性–当沿任一方向在最小导通点附近打开晶体管时,电流会流动。”

这意味着基于石墨烯的晶体管可以是“ n型”(负)或“ p型”(正),这取决于载流子是源于源极还是漏极,它们是可互换的。当每个载波的输入相等时,出现第三种功能,晶体管变成倍频器。通过结合这三种模式,Rice-Riverside团队演示了常见的信令方案,例如用于无线和音频应用的相移键和频移键控。

Mohanram说:“我们的工作以及其他工作,专注于双极性的应用,对努力制造出更好的石墨烯晶体管起到了补充作用。” “它有望提供更多功能。” 他说,研究表明,单个石墨烯晶体管可以潜在地替代典型集成电路中的许多石墨烯晶体管。他补充说,石墨烯的优异材料性能以及与硅基制造的相对兼容性应允许将来集成此类电路。

但是,在此之前仍需要克服技术障碍。诸如电介质沉积和接触之类的制造步骤实际上会扰乱石墨烯的晶格结构,刮擦它并引入缺陷,这立即限制了其信号增益并降低了其性能。这意味着团队在制造晶体管时必须格外小心。

但是Mohanram相信可以克服这些问题,他说:“由于许多研究小组正在努力应对这些挑战,因此该技术将会成熟。”


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