Tranzystory osiągają prędkości terahercowe

Naukowcy z Uniwersytetu w Pekinie, Uniwersytetu Xiangtan i Uniwersytetu Zhejiang opracowali nową generację tranzystorów MOSFET opartych na nanorurkach węglowych (CNT), zdolnych do pracy w częstotliwościach terahercowych (THz), zwiększając wydajność tranzystorów znacznie poza granice konwencjonalnego krzemu.Urządzenia te mogą utorować drogę ultraszybkiej komunikacji bezprzewodowej, szybkim przetwarzaniom i systemom radarowym nowej generacji.

Tradycyjne tranzystory krzemowe osiągają maksymalną częstotliwość 100–300 GHz, co jest wystarczające do obecnych zastosowań bezprzewodowych i komputerowych, ale ograniczające w przypadku pojawiających się technologii 6G.Nowo opracowane tranzystory MOSFET oparte na CNT przekraczają 1 THz, umożliwiając przełączanie sygnałów

CNT – cylindryczne nanostruktury atomów węgla ułożone w sześciokątną siatkę – są cenione za wyjątkową przewodność elektryczną i wytrzymałość mechaniczną.Dopasowując warstwy półprzewodnikowych CNT, zespół badawczy wyprodukował tranzystory MOSFET, które łączą wysoką ruchliwość nośników z imponującym prądem w stanie włączenia i transkonduktancją.Zoptymalizowane struktury bramek, w tym innowacyjne bramki w kształcie litery Y, pozwoliły wyprodukować urządzenia o długości bramek zaledwie 35–80 nm, osiągające częstotliwości odcięcia do 551 GHz i maksymalne częstotliwości oscylacji powyżej 1 THz.

Zespół zademonstrował także praktyczne zastosowania, tworząc wzmacniacze częstotliwości radiowej wykorzystujące fale milimetrowe (mmWave) przy użyciu tranzystorów MOSFET CNT.Wzmacniacze te, pracujące w paśmie 30 GHz, zapewniały wzmocnienie przekraczające 21 dB, niezawodnie zwiększając siłę sygnału ponad stukrotnie.Taka wydajność podkreśla potencjał macierzy CNT nie tylko w obwodach cyfrowych, ale także w systemach analogowych THz, w tym w ultraszybkich bezprzewodowych nadajnikach i odbiornikach.

Badania pokazują, jak staranne dopasowanie materiałów, inżynieria bramek i udoskonalenia produkcyjne mogą przekształcić tranzystory MOSFET CNT z urządzeń eksperymentalnych w wysokowydajne komponenty gotowe do zastosowania w elektronice nowej generacji.Przyszłe prace mogą rozszerzyć ich zastosowanie na wykrywanie THz, szybkie łącza danych i zaawansowane systemy radarowe, potencjalnie na nowo definiując prędkość i wydajność komunikacji elektronicznej.

„Ustawione warstwy nanorurek węglowych mogą służyć jako szkielet zarówno dla cyfrowych układów scalonych, jak i urządzeń analogowych terahercowych” – zauważyli autorzy, podkreślając, że ich podejście pozwala pokonać ograniczenia częstotliwościowe występujące we wcześniejszych konstrukcjach tranzystorów CNT.