Onderzoekers van de Chalmers University of Technology (Zweden) hebben voor het eerst een nieuwe subharmonische grafeen FET-mixer op microgolffrequenties gedemonstreerd. De mixer biedt nieuwe kansen in toekomstige elektronica, omdat het compacte circuittechnologie mogelijk maakt, potentieel om hoge frequenties te bereiken en integratie met siliciumtechnologie.

​Een mixer is een belangrijke bouwsteen in alle elektronische systemen - een apparaat dat twee of meer elektronische signalen combineert tot één of twee samengestelde uitgangssignalen. Toekomstige toepassingen op THz-frequenties zoals radarsystemen voor beveiliging en veiligheid, radioastronomie, procesmonitoring en omgevingsmonitoring vereisen grote arrays van mixers voor beeldvorming met hoge resolutie en snelle data-acquisitie. Dergelijke mixerarrays of multi-pixelontvangers hebben een nieuw type apparaten nodig die niet alleen gevoelig zijn, maar ook energiezuinig en compact.

Het vermogen in grafeen om te schakelen tussen gat- of elektronendragertransport via het veldeffect maakt een unieke niche voor grafeen voor RF IC-toepassingen mogelijk. Dankzij deze symmetrische elektrische karakteristiek, de onderzoekers van Chalmers zijn erin geslaagd om de G-FET subharmonische resistieve mixer te bouwen met slechts één transistor. Vandaar, geen extra voercircuits nodig, waardoor het mixercircuit compacter is in tegenstelling tot conventionele mixers. Als gevolg hiervan, het nieuwe type mixer vereist minder wafeloppervlak wanneer het wordt geconstrueerd en kan worden geopend voor geavanceerde sensorarrays, bijvoorbeeld voor beeldvorming bij millimetergolven en zelfs submillimetergolven naarmate de G-FET-technologie vordert.

"De prestaties van de mixer kunnen worden verbeterd door het circuit verder te optimaliseren, evenals het fabriceren van een G-FET-apparaat met een hogere aan-uitstroomverhouding", zegt Jan Ring, hoogleraar van het onderzoeksteam. "Door een G‐FET in deze nieuwe topologie te gebruiken, kunnen we zijn werking uitbreiden naar hogere frequenties, daarbij gebruik makend van de uitzonderlijke eigenschappen van grafeen. Dit maakt de weg vrij voor toekomstige technologieën die werken op extreem hoge frequenties."

Naast het mogelijk maken van compacte circuits, de G-FET biedt potentieel om hoge frequenties te bereiken dankzij de hoge snelheid in grafeen, en het feit dat een subharmonische mixer slechts de helft van de lokale oscillator (LO) frequentie nodig heeft in vergelijking met een fundamentele mixer. Deze eigenschap is vooral aantrekkelijk bij hoge frequenties (THz) waar er een gebrek is aan bronnen die voldoende LO-vermogen leveren.

Bovendien, de G-FET kan worden geïntegreerd met siliciumtechnologie. Bijvoorbeeld, het is CMOS-compatibel (Complementary Metal Oxide Semiconductor) en kan onder andere worden gebruikt in CMOS-elektronica voor backend-verwerking op een enkele chip.