Transistoren bereiken Terahertz-snelheden
Koolstofnanobuis-MOSFET's die boven 1 THz werken en veelbelovend zijn voor ultrasnelle draadloze communicatie, high-speed computing en radarsystemen van de volgende generatie.
Onderzoekers van de Universiteit van Peking, de Universiteit van Xiangtan en de Universiteit van Zhejiang hebben een nieuwe generatie op koolstofnanobuisjes (CNT) gebaseerde MOSFET's ontwikkeld die kunnen werken op terahertz (THz) frequenties, waardoor de prestaties van de transistors ver boven de conventionele siliciumlimieten komen.Deze apparaten kunnen de weg vrijmaken voor ultrasnelle draadloze communicatie, high-speed computing en radarsystemen van de volgende generatie.
Traditionele siliciumtransistors halen hun maximale snelheid op 100-300 GHz, voldoende voor de huidige draadloze en computertoepassingen, maar beperkend voor opkomende 6G-technologieën.De nieuw ontwikkelde op CNT gebaseerde MOSFET's overschrijden 1 THz, waardoor signaalschakeling mogelijk is
CNT’s – cilindrische nanostructuren van koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster – worden gewaardeerd om hun uitzonderlijke elektrische geleidbaarheid en mechanische robuustheid.Door films van halfgeleidende CNT's op elkaar af te stemmen, vervaardigde het onderzoeksteam MOSFET's die een hoge dragermobiliteit combineren met indrukwekkende stroom- en transconductantie in de staat.Geoptimaliseerde poortstructuren, waaronder innovatieve Y-vormige poorten, produceerden apparaten met poortlengtes van slechts 35-80 nm, waarbij grensfrequenties tot 551 GHz en maximale oscillatiefrequenties van meer dan 1 THz werden bereikt.
Het team demonstreerde ook praktische toepassingen door millimetergolf (mmWave) radiofrequentieversterkers te maken met behulp van CNT MOSFET's.Deze versterkers, die werkten op 30 GHz, leverden een versterking van meer dan 21 dB, waardoor de signaalsterkte op betrouwbare wijze ruim honderdvoudig werd versterkt.Dergelijke prestaties benadrukken het potentieel van CNT-arrays, niet alleen voor digitale circuits, maar ook voor THz-analoge systemen, inclusief ultrasnelle draadloze zenders en ontvangers.
Het onderzoek laat zien hoe zorgvuldige materiaaluitlijning, poorttechniek en fabricageverfijningen CNT MOSFET's kunnen transformeren van experimentele apparaten naar hoogwaardige componenten die klaar zijn voor de volgende generatie elektronica.Toekomstig werk zou het gebruik ervan kunnen uitbreiden naar THz-detectie, hogesnelheidsdataverbindingen en geavanceerde radarsystemen, waardoor de snelheid en efficiëntie van elektronische communicatie mogelijk opnieuw worden gedefinieerd.
“Uitgelijnde koolstofnanobuisfilms zouden kunnen dienen als de ruggengraat voor zowel digitale geïntegreerde schakelingen als analoge terahertz-apparaten”, merkten de auteurs op, waarbij ze benadrukten dat hun aanpak de frequentiebeperkingen overwint die te zien waren in eerdere CNT-transistorontwerpen.