Transistorit saavuttavat terahertsin nopeuden
Hiilinanoputki-MOSFETit, jotka toimivat yli 1 THz:n taajuudella, lupaavat erittäin nopeaa langatonta viestintää, nopeaa tietojenkäsittelyä ja seuraavan sukupolven tutkajärjestelmiä.
Pekingin yliopiston, Xiangtanin yliopiston ja Zhejiangin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden sukupolven hiilinanoputkiin (CNT) pohjautuvia MOSFET-laitteita, jotka pystyvät toimimaan terahertsin (THz) taajuuksilla, mikä nostaa transistorin suorituskyvyn paljon tavanomaisten piirajojen yli.Nämä laitteet voivat tasoittaa tietä erittäin nopealle langattomalle tiedonsiirrolle, nopealle tietojenkäsittelylle ja seuraavan sukupolven tutkajärjestelmille.
Perinteiset piitransistorit toimivat maksimitaajuudella 100–300 GHz, mikä riittää nykyisiin langattomiin ja laskentasovelluksiin, mutta rajoittaa uusia 6G-tekniikoita.Äskettäin kehitetyt CNT-pohjaiset MOSFETit ylittävät 1 THz:n, mikä mahdollistaa signaalin vaihtamisen
CNT:t - hiiliatomien lieriömäiset nanorakenteet, jotka on järjestetty kuusikulmaiseen hilaan - ovat arvostettuja poikkeuksellisen sähkönjohtavuutensa ja mekaanisen kestävyytensä vuoksi.Kohdistamalla puolijohtavien CNT:iden kalvoja tutkimusryhmä valmisti MOSFETit, joissa yhdistyvät korkea kantoaallon liikkuvuus vaikuttavaan tilavirtaan ja transkonduktiivisuuteen.Optimoidut porttirakenteet, mukaan lukien innovatiiviset Y-muotoiset portit, tuottivat laitteita, joiden porttipituudet ovat jopa 35–80 nm ja jotka saavuttivat 551 GHz:n rajataajuudet ja yli 1 THz:n maksimivärähtelytaajuudet.
Ryhmä esitteli myös käytännön sovelluksia luomalla millimetriaaltoisia (mmWave) radiotaajuisia vahvistimia CNT MOSFETeillä.Nämä 30 GHz:n taajuudella toimivat vahvistimet tuottivat yli 21 dB:n vahvistusta, mikä nosti signaalin voimakkuutta luotettavasti yli satakertaiseksi.Tällainen suorituskyky korostaa CNT-ryhmien potentiaalia paitsi digitaalisissa piireissä myös THz-analogisissa järjestelmissä, mukaan lukien erittäin nopeat langattomat lähettimet ja vastaanottimet.
Tutkimus osoittaa, kuinka huolellinen materiaalien kohdistus, porttien suunnittelu ja valmistuksen hienosäätö voivat muuttaa CNT MOSFETit kokeellisista laitteista korkean suorituskyvyn komponenteiksi, jotka ovat valmiita seuraavan sukupolven elektroniikkaan.Tulevaisuuden työ voisi laajentaa niiden käyttöä THz-tunnistukseen, nopeisiin datayhteyksiin ja kehittyneisiin tutkajärjestelmiin, mikä mahdollisesti määrittelee uudelleen sähköisen viestinnän nopeuden ja tehokkuuden.
"Kohdistetut hiilinanoputkikalvot voisivat toimia selkärankana sekä digitaalisille integroiduille piireille että terahertsisille analogisille laitteille", kirjoittajat totesivat ja korostavat, että heidän lähestymistapansa voittaa aikaisemmissa CNT-transistorimalleissa havaitut taajuusrajoitukset.