Nu we de draadloze wereld van 5G betreden, communicatie in de millimetergolfband (d.w.z. van 30 tot 300 GHz) steeds belangrijker worden, in het bijzonder voor toepassingen voor snelle draadloze gegevensoverdracht. Het probleem is dat bij deze kleine golflengten, de signaalsterkte op het circuit neemt snel af, waardoor het circuit in hoge mate moet worden geïntegreerd in de kleinst mogelijke voetafdruk. Om dit het beste uit te voeren, de hoogfrequente transistortechnologie moet compatibel zijn met de werkpaardtechnologie van digitale elektronica:complementaire metaaloxide-halfgeleiders (CMOS's).

Recente studies hebben gesuggereerd dat transistors gemaakt van uitgelijnde koolstofnanobuizen zouden kunnen leiden tot betere prestaties in draadloze apparaten dan veelgebruikte III-V-halfgeleiders. Dit is voornamelijk te danken aan hun zeer lineaire signaalversterking en hun betere compatibiliteit met CMOS-circuits.

Met dit in gedachten, onderzoekers van Carbonics Inc., een halfgeleiderelektronicabedrijf gevestigd in Los Angeles, hebben onlangs een nieuw type transistor ontwikkeld, gemaakt van uitgelijnde koolstofnanobuisjes. Deze nieuwe transistor, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , werkt op gigahertz-frequenties en is gemakkelijker te integreren met CMOS-technologie dan de meeste bestaande transistors.

"Tijdens mijn afstudeeronderzoek Ik werkte met Prof. Peter Burke aan UC Irvine (een van de oorspronkelijke fakkeldragers voor de technologie) om radiofrequentietoepassingen voor koolstofnanobuisjes te onderzoeken, "Christopher Rutherglen, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Na het slagen, Ik zette mijn inspanningen voort bij een bedrijf genaamd Aneeve LLC, waar de nadruk lag op het maken van hoogfrequente transistors met koolstofnanobuisjes, het gebruik van IP-licenties (intellectueel eigendom) van de groep van prof. Chongwu Zhou bij het USC."

In 2014, Anee LLC, het bedrijf waar Rutherglen werkte, werd opnieuw opgenomen als Carbonics Inc. na het ontvangen van aanzienlijke risicokapitaalfinanciering. Vanaf dat moment, het bedrijf heeft geprobeerd om hoogfrequente koolstofnanobuistransistors te ontwikkelen en uiteindelijk op de markt te brengen. De resultaten, onlangs gepubliceerd in Natuur Elektronica , zijn een belangrijke sprong voorwaarts, zowel voor Carbonics Inc. als voor de algemene evolutie van dit specifieke type transistor.

Het belangrijkste verschil tussen de hoogfrequente transistors die zijn ontwikkeld door Rutherglen en zijn collega's en vergelijkbare bestaande technologieën is dat de eerste zijn gemaakt van duizenden uitgelijnde koolstofnanobuizen in plaats van hoger-dimensionale Si- of III-V-materialen. Een belangrijk voordeel van koolstofnanobuisjes is dat het eendimensionale materialen zijn, en dus superieure transporteigenschappen hebben.

"Bijvoorbeeld, aangezien elektronen door elk materiaal worden getransporteerd, er is een neiging voor hen om zich te verspreiden of te botsen langs hun reispad, die uiteindelijk de snelheid van het totale apparaat vermindert, " legde Rutherglen uit. "In eendimensionale materialen zoals koolstofnanobuizen, elektronen kunnen veel langere afstanden afleggen voordat ze worden verstrooid, omdat er minder beschikbare toestanden zijn waarin het elektron kan verstrooien. Simpel gezegd:het kan zich niet naar boven of naar beneden verspreiden, rechts of links, omdat dergelijke toestanden niet bestaan ​​in 1-D materialen."

Een ander voordeel van koolstofnanobuisjes in transistors is dat ze met een eenvoudige oppervlaktecoatingmethode op een grote verscheidenheid aan substraten kunnen worden aangebracht. Deze eigenschap vergemakkelijkt hun integratie met CMOS en andere halfgeleidertechnologieën, omdat ze gemakkelijker te combineren zijn met andere materialen.

"Al bijna twee decennia lang op koolstof nanobuisjes gebaseerde hoogfrequente transistors zijn aangeprezen als een baanbrekende technologie, "Zei Rutherglen. "Echter, de opgeblazen verwachtingen in die begindagen werden niet waargemaakt, velen achterlatend om vervolgens de verdiensten van de technologie te negeren en verder te gaan. Zoals gemeld in onze krant, we hebben voor het eerst aangetoond dat hoogfrequente transistortechnologie van koolstofnanobuisjes de prestaties van bestaande apparaten kan leveren in belangrijke statistieken."

De studie van Rutherglen en zijn collega's opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van transistors die gemakkelijker te integreren zijn met CMOS-circuits. Hun bevindingen suggereren ook dat de prestaties van transistors verder kunnen worden verbeterd door enkele van de bekende uitdagingen aan te pakken die gepaard gaan met de ontwikkeling van dit type technologie.

In de toekomst, de resultaten die door dit team van onderzoekers zijn verzameld, kunnen leiden tot verandering in de halfgeleiderindustrie, elektronicafabrikanten aanmoedigen om het ontwerp en de structuur van bestaande transistoren opnieuw te beoordelen. Om de uitgelijnde koolstofnanobuistransistors van een prototypestadium naar de massamarkt te brengen, echter, de technologie zal nog steeds investeringen van honderden miljoenen dollars moeten ontvangen.

"Onze volgende stap is om door te gaan met het verbeteren van de behaalde resultaten en samen te werken met industriële partners om de technologie verder te ontwikkelen, "Zei Rutherglen. "We zijn momenteel bezig met licenties en partnerschappen voor technologieoverdracht met deelnemers uit de industrie."

© 2019 Wetenschap X Netwerk