När vi går in i den trådlösa världen av 5G, kommunikation i millimetervågsbandet (dvs. från 30 till 300 GHz) kommer att bli allt viktigare, särskilt för snabba trådlösa dataöverföringsapplikationer. Problemet är att vid dessa små våglängder, signalstyrkan på kretsen försämras snabbt, vilket kräver att kretsen är mycket integrerad i det minsta möjliga fotavtrycket. För att bäst genomföra detta, Högfrekventa transistortekniken måste vara kompatibel med arbetshäststekniken för digital elektronik:komplementära metalloxid-halvledare (CMOS).

Nyligen genomförda studier har antytt att transistorer gjorda av inriktade kolnanorör kan leda till bättre prestanda i trådlösa enheter än vanligt använda III-V halvledare. Detta beror främst på deras mycket linjära signalförstärkning och deras bättre kompatibilitet med CMOS -kretsar.

Med detta i åtanke, forskare på Carbonics Inc., ett halvledarelektronikföretag baserat i Los Angeles, har nyligen utvecklat en ny typ av transistor gjord av inriktade kolnanorör. Denna nya transistor, presenteras i ett papper publicerat i Nature Electronics , fungerar med gigahertz -frekvenser och är lättare att integrera med CMOS -teknik än de flesta befintliga transistorer.

"Under mina doktorandstudier, Jag arbetade med Prof. "Christopher Rutherglen, en av forskarna som genomförde studien, berättade TechXplore. "Efter studenten, Jag fortsatte arbetet på ett företag som heter Aneeve LLC där fokus låg på att göra högfrekventa transistorer med kolnanorör, använder IP -licenser (immateriella rättigheter) från Prof. Chongwu Zhous grupp vid USC. "

Under 2014, Aneeve LLC, företaget där Rutherglen arbetade, återinkorporerades som Carbonics Inc. efter att ha fått betydande riskkapitalfinansiering. Sedan dess, företaget har försökt att utveckla och i slutändan kommersialisera högfrekventa kolnanorörstransistorer. Resultaten, nyligen publicerad i Nature Electronics , är ett betydande steg framåt både för Carbonics Inc. och för den övergripande utvecklingen av just denna typ av transistor.

Den viktigaste skillnaden mellan de högfrekventa transistorer som utvecklats av Rutherglen och hans kollegor och jämförbara befintliga tekniker är att de förstnämnda består av tusentals inriktade kolnanorör i stället för högre dimensionella Si- eller III-V-material. En viktig fördel med kolnanorör är att de är endimensionella material, och har därmed överlägsna transportegenskaper.

"Till exempel, när elektroner transporteras genom vilket material som helst, det finns en tendens att de sprids eller kolliderar längs deras färdväg, vilket i slutändan minskar den totala enhetens hastighet, "Rutherglen förklarade." I endimensionella material som kolnanorör, elektroner kan resa mycket längre sträckor före spridning eftersom det finns färre tillgängliga tillstånd som elektronen kan sprida sig in i. Enkelt uttryckt:Det kan inte spridas upp eller ner, höger eller vänster, eftersom det inte finns några sådana tillstånd i 1-D-material. "

En ytterligare fördel med kolnanorör i transistorer är att de kan appliceras på en mängd olika substrat med en enkel ytbeläggningsmetod. Denna egenskap underlättar deras integration med CMOS och annan halvledarteknik, eftersom det gör dem lättare att kombinera med andra material.

"I nästan två decennier har kol-nanorörbaserade högfrekventa transistorer har påpekats som en teknik som förändrar spelet, "Sa Rutherglen." Men de förhöjda förväntningarna under de första dagarna levererades inte, lämnar många att därefter rabattera teknikens meriter och gå vidare. Som rapporterats i vår tidning, Vi har för första gången visat att högfrekvent transistorteknologi av kolnanorör kan leverera prestanda för nyckelmätare. "

Studien utförd av Rutherglen och hans kollegor öppnar nya möjligheter för utveckling av transistorer som är lättare att integrera med CMOS -kretsar. Deras resultat tyder också på att transistors prestanda kan ökas ytterligare genom att ta itu med några av de kända utmaningarna som är förknippade med att utveckla denna typ av teknik.

I framtiden, resultaten från detta team av forskare kan leda till förändringar i halvledarindustrin, uppmuntra elektroniktillverkare att ompröva konstruktionen och strukturen för befintliga transistorer. För att ta de anpassade kolnanorörstransistorerna från ett prototypstadium till massmarknaden, dock, tekniken kommer fortfarande att behöva ta emot investeringar på hundratals miljoner dollar.

"Vårt nästa steg är att fortsätta förbättra de uppnådda resultaten och arbeta med branschpartner för att utveckla tekniken, "Rutherglen sa." Vi är för närvarande engagerade i licensiering och tekniköverföringspartnerskap med branschdeltagare. "

© 2019 Science X Network