Transistor frekuensi radio berdasarkan susunan tabung nano karbon kemurnian tinggi
Spotlight

Transistor frekuensi radio berdasarkan susunan tabung nano karbon kemurnian tinggi


Kredit: Shi dkk.

Sebagian besar teknologi komunikasi nirkabel generasi berikutnya memerlukan perangkat frekuensi radio terintegrasi yang dapat beroperasi pada frekuensi lebih besar dari 90 GHz. Dua semikonduktor yang paling banyak digunakan untuk membuat perangkat frekuensi radio adalah transistor efek medan (FET) silikon komplementer logam-oksida-semikonduktor (CMOS) dan transistor berdasarkan semikonduktor senyawa III-V, khususnya GaAs.

Kedua teknologi RF semikonduktor ini, bagaimanapun, tidak dapat secara bersamaan mencapai frekuensi operasi tinggi dan mudah diintegrasikan dalam teknologi komunikasi nirkabel. Kandidat yang menjanjikan untuk pengembangan FET berkecepatan tinggi (hingga frekuensi terahertz) adalah semikonduktor nanotube karbon dinding tunggal (CNT), karena sifat elektronik dan fisiknya yang menguntungkan. Hebatnya, persyaratan material CNT untuk fabrikasi perangkat analog dan digital RF hampir sama.

Para peneliti di Universitas Peking di Cina baru-baru ini membuat transistor RF baru berdasarkan susunan CNT yang selaras. Transistor ini, disajikan dalam makalah yang diterbitkan di published Elektronik Alam, dibuat menggunakan dua metode berbeda, penyortiran dispersi ganda dan proses penyelarasan antarmuka cairan biner.

“FET CNT dapat mencapai kinerja yang lebih baik untuk aplikasi SoC daripada teknologi berbasis semikonduktor senyawa silikon dan III-V,” Lianmao Peng, salah satu peneliti yang melakukan penelitian, mengatakan kepada TechXplore. “Namun, baik kecepatan dan perolehan FET CNT masih tertinggal dari prediksi teoretis.”

Kecepatan FET berbasis CNT sejauh ini terbatas dan tidak memuaskan, terutama karena kurangnya susunan CNT semikonduktor yang selaras dengan kepadatan yang sesuai, keseragaman tinggi, kemurnian semikonduktor tinggi, dan mobilitas pembawa yang tinggi. Untuk mengatasi tantangan ini dan mengembangkan perangkat RF CNT yang berkinerja tinggi, para peneliti memutuskan untuk mengadaptasi struktur bahan CNT.

Untuk membuat transistor RF mereka, Peng dan rekan-rekannya menggunakan dua proses yang dikenal sebagai litografi berkas elektron (EBL) dan deposisi lapisan atom (ALD). Mereka kemudian menyelesaikan persiapan setiap lapisan fungsional di perangkat menggunakan peralatan fabrikasi nano lainnya, melalui apa yang dikenal sebagai proses pengangkatan dari atas ke bawah.

“Kami memperoleh array CNT untuk aplikasi frekuensi radio melalui prosedur double-dispersion dan binary liquid interface-confined self-assembly (BLIS) dan merealisasikan fabrikasi perangkat frekuensi radio dan amplifier berperforma tinggi berdasarkan array CNT,” kata Peng. “Adapun tujuan utama kami, kami ingin mengeksplorasi potensi frekuensi batas atas, perolehan daya, dan potensi kinerja linieritas transistor dan amplifier berbasis array CNT di bawah kondisi eksperimental.”

Array nanotube yang dikembangkan oleh Peng dan rekan-rekannya memiliki kepadatan sekitar 120 nanotube per mikrometer, menunjukkan mobilitas pembawa 1.580 cm2V-1s-1 dan kecepatan saturasi hingga 3.0×107 cm s-1. Menggunakan array nanotube ini, para peneliti membuat FET yang mencapai kinerja dc tinggi saat beroperasi pada frekuensi gelombang milimeter dan terahertz.

Transistor frekuensi radio berdasarkan susunan tabung nano karbon kemurnian tinggi

Kredit: Shi dkk.

“Kami berharap kecepatan, amplifikasi, dan potensi linieritas perangkat RF CNT dapat benar-benar ditunjukkan dalam eksperimen,” kata Peng.

Khususnya, transistor RF berbasis CNT yang dikembangkan oleh tim peneliti ini termasuk dalam kategori transistor efek medan (FET) metal-oksida-semikonduktor (MOS). Dengan kata lain, mekanisme yang menopang operasi mereka menyerupai mekanisme yang memungkinkan pengoperasian MOSFET.

“Transistor RF adalah perangkat tiga terminal, terdiri dari simpul gerbang, simpul sumber dan simpul pembuangan,” kata Peng. “Simpul gerbang mengontrol saluran konduktivitas antara simpul sumber dan saluran pembuangan.”

Untuk mengaktifkan amplifikasi sinyal frekuensi radio, transistor yang dibuat oleh para peneliti mengandalkan amplifikasi transkonduktansi perangkat FET. Selain itu, kecepatan operasinya tergantung pada kecepatan transportasi operator di saluran perangkat.

“Kelebihan utama transistor kami dapat diringkas sebagai tiga poin utama,” kata Peng. “Pertama, perangkat kami berdasarkan susunan CNT semikonduktor densitas tinggi menunjukkan kemampuan mengemudi dalam keadaan yang kuat, yang mengarah ke transkonduktansi besar dan arus besar, yang menghadirkan kemampuan penguatan sinyal RF yang kuat. Kedua, susunan CNT kami menunjukkan kecepatan saturasi pembawa yang tinggi dan mobilitas tinggi, sesuai dengan frekuensi cut-off gain arus tinggi (fT) dan frekuensi cut-off gain daya (fMAX).”

Dalam evaluasi awal, susunan CNT yang dibuat oleh Peng dan rekan-rekannya ternyata memiliki kualitas yang sangat baik dan menunjukkan kinerja linieritas bawaan yang tinggi. Hebatnya, para peneliti adalah yang pertama mendorong kinerja frekuensi intrinsik FET RF berbasis CNT ke dalam rezim terahertz.

“Meskipun secara teoritis sudah lama diprediksi bahwa CNT FET memiliki potensi THz, hasil kami adalah demonstrasi eksperimen terdekat dari ini,” kata Peng. “Juga, perangkat FET berbasis array CNT menunjukkan frekuensi cut-off yang lebih tinggi daripada perangkat berbasis silikon di bawah panjang gerbang yang sama dan kondisi de-embedding yang sama.”

Temuan yang dikumpulkan oleh tim peneliti ini menunjukkan bahwa kecepatan RF perangkat berbasis CNT dapat mencapai tingkat yang diinginkan yang digariskan oleh prediksi teoretis. Di masa depan, Peng dan rekan-rekannya ingin lebih meningkatkan kinerja transistor RF berbasis CNT, dengan mengoptimalkan komposisi dan strukturnya lebih lanjut.

“Kami juga berencana untuk mewujudkan amplifier berbasis CNT praktis yang beroperasi pada rezim terahertz,” kata Peng. “Dengan mengintegrasikannya dengan IC CMOS berbasis CNT digital berkinerja tinggi, kami berharap dapat menerapkan elektronik berkecepatan tinggi berbasis array CNT ke aplikasi SoC yang beroperasi dalam gelombang milimeter dan bahkan frekuensi THz.”


Para peneliti menciptakan teknologi hibrida yang menggabungkan FET terowongan III-V dan MOSFET


Informasi lebih lanjut:
Transistor frekuensi radio berdasarkan susunan tabung nano karbon. Elektronik Alam(2021). DOI: 10.1038/s41928-021-00594-w

© 2021 Sains X Jaringan

Kutipan: Transistor frekuensi radio berdasarkan susunan tabung nano karbon kemurnian tinggi (2021, 9 Juli) diambil pada 9 Juli 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-07-radiofrequency-transistors-based-high-purity-carbon.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini