(PhysOrg.com) -- Onderzoek van Rice University dat profiteert van de uitgebreide mogelijkheden van grafeen, zou kunnen leiden tot circuittoepassingen die veel compacter en veelzijdiger zijn dan wat nu mogelijk is met op silicium gebaseerde technologieën.

Drievoudige modus, versterkers met enkele transistor op basis van grafeen - de één-atoom-dikke vorm van koolstof die zijn ontdekkers onlangs een Nobelprijs opleverde - zouden belangrijke componenten kunnen worden in toekomstige elektronische circuits. De ontdekking van Rice-onderzoekers werd deze week gerapporteerd in het online tijdschrift ACS Nano .

Grafeen is erg sterk, bijna transparant en geleidt elektriciteit zeer goed. Maar een andere belangrijke eigenschap is ambipolariteit, het vermogen van grafeen om te schakelen tussen het gebruik van positieve en negatieve dragers, afhankelijk van het ingangssignaal. Traditionele siliciumtransistors gebruiken meestal het ene of het andere type drager, die wordt bepaald tijdens de fabricage.

Een drie-terminal single-transistor versterker gemaakt van grafeen kan tijdens bedrijf op elk moment worden gewijzigd in een van de drie modi met behulp van dragers die positief zijn, negatief of beide, kansen bieden die niet mogelijk zijn met traditionele architecturen met één transistor, zei Kartik Mohanram, een assistent-professor elektrische en computertechniek bij Rice. Hij werkte aan het onderzoek samen met Alexander Balandin, een professor in de elektrotechniek aan de Universiteit van Californië, rivieroever, en hun studenten Xuebei Yang (bij Rice) en Guanxiong Liu (bij Riverside).

Mohanram vergeleek de mogelijkheden van de nieuwe transistor met die van een waterkraan. "Zet hem aan en het water stroomt, "zei hij. "Zet hem uit en het water stopt. Dat is wat een traditionele transistor doet. Het is een unipolair apparaat - het opent en sluit slechts in één richting."

"Maar als je een kraan te veel dichtdraait, het gaat weer open en er stroomt water. Dat is wat ambipolariteit is:er kan stroom vloeien als je de transistor in beide richtingen opent rond een punt van minimale geleiding."

Dat alleen al betekent dat een grafeentransistor "n-type" (negatief) of "p-type" (positief) kan zijn, afhankelijk van of de drager afkomstig is van de source- of drainterminals (die effectief uitwisselbaar zijn). Een derde functie verschijnt wanneer de invoer van elke draaggolf gelijk is:de transistor wordt een frequentievermenigvuldiger. Door de drie modi te combineren, het Rice-Riverside-team demonstreerde veelvoorkomende signaleringsschema's als fase- en frequentieverschuivingstoetsen voor draadloze en audiotoepassingen.

"Ons werk, en die van anderen, dat zich richt op de toepassingen van ambipolariteit, vormt een aanvulling op de inspanningen om een ​​betere transistor te maken met grafeen, "Zei Mohanram. "Het belooft meer functionaliteit." Het onderzoek toonde aan dat een enkele grafeentransistor veel in een typisch geïntegreerd circuit zou kunnen vervangen, hij zei. De superieure materiaaleigenschappen van grafeen en de relatieve compatibiliteit met op silicium gebaseerde productie zouden de integratie van dergelijke circuits in de toekomst mogelijk moeten maken, hij voegde toe.

Technologische obstakels moeten worden overwonnen, zei Mohanram. Dergelijke fabricagestappen als diëlektrische afzetting en het maken van contacten "beëindigen het rooster, krassen en gebreken introduceren. Dat verslechtert onmiddellijk de prestaties (beperking van de signaalversterking), dus we moeten veel zorg besteden aan de fabricage.

"Maar de technologie zal rijpen, aangezien zoveel onderzoeksgroepen hard werken om deze uitdagingen aan te gaan, " hij zei.