Транзисторы достигают терагерцовых скоростей

Исследователи из Пекинского университета, Университета Сянтань и Университета Чжэцзян разработали новое поколение полевых МОП-транзисторов на основе углеродных нанотрубок (УНТ), способных работать на терагерцевых (ТГц) частотах, что расширяет возможности транзисторов далеко за пределы обычных кремниевых пределов.Эти устройства могут проложить путь к сверхбыстрой беспроводной связи, высокоскоростным вычислениям и радиолокационным системам следующего поколения.

Традиционные кремниевые транзисторы работают на максимальной частоте 100–300 ГГц, что достаточно для современных беспроводных и вычислительных приложений, но ограничивает возможности новых технологий 6G.Недавно разработанные МОП-транзисторы на основе УНТ превышают частоту 1 ТГц, позволяя переключать сигналы

УНТ — цилиндрические наноструктуры атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке — ценятся за исключительную электропроводность и механическую прочность.Выравнивая пленки полупроводниковых УНТ, исследовательская группа изготовила МОП-транзисторы, которые сочетают в себе высокую подвижность носителей с впечатляющим током в открытом состоянии и крутизной.Оптимизированные структуры затворов, в том числе инновационные Y-образные затворы, позволили создать устройства с длиной затвора всего 35–80 нм, достигая граничных частот до 551 ГГц и максимальных частот колебаний выше 1 ТГц.

Команда также продемонстрировала практическое применение, создав усилители радиочастоты миллиметрового диапазона (mmWave) с использованием МОП-транзисторов CNT.Эти усилители, работающие на частоте 30 ГГц, обеспечивали усиление, превышающее 21 дБ, надежно увеличивая мощность сигнала более чем в сто раз.Такие характеристики подчеркивают потенциал матриц УНТ не только для цифровых схем, но и для аналоговых ТГц систем, включая сверхбыстрые беспроводные передатчики и приемники.

Исследование показывает, как тщательное выравнивание материалов, разработка затворов и усовершенствование изготовления могут превратить CNT MOSFET из экспериментальных устройств в высокопроизводительные компоненты, готовые для электроники следующего поколения.Будущая работа может расширить их использование в ТГц зондировании, высокоскоростных каналах передачи данных и передовых радиолокационных системах, что потенциально изменит определение скорости и эффективности электронных коммуникаций.

«Пленки из ориентированных углеродных нанотрубок могут служить основой как для цифровых интегральных схем, так и для терагерцовых аналоговых устройств», — отмечают авторы, подчеркивая, что их подход преодолевает частотные ограничения, наблюдавшиеся в более ранних конструкциях транзисторов на основе УНТ.