广告

北京大学研发基于高纯度碳纳米管阵列的射频晶体管

2021-07-13 16:19:53 综合报道 阅读:
北京大学电子学系、碳基集成电路研究院张志勇、彭练矛团队在《Nature Electronics》期刊发表名为“Radiofrequency transistors based on aligned carbon nanotube arrays”的论文,研究报告了基于高纯度碳纳米管阵列的射频晶体管,该阵列使用双色散分选和二元液体界面对齐工艺制造。

大多数下一代无线通信技术需要能够在 90 GHz 以上的频率下运行的集成射频设备。最广泛用于制造射频器件的两种半导体是硅互补金属氧化物半导体 (CMOS) 场效应晶体管 (FET) 和基于 III-V 族化合物半导体(特别是 GaAs)的晶体管。e3kednc

然而,这两种半导体 RF 技术都无法同时实现高工作频率、易于集成到无线通信技术中的要求。e3kednc

开发高速 FET(高达太赫兹频率)的一个有希望的候选者是半导体单壁碳纳米管 (CNT),因为它们具有良好的电子和物理特性。值得注意的是,用于制造射频模拟和数字设备的碳纳米管的材料要求与之几乎相同。e3kednc

北京大学电子学系、碳基集成电路研究院张志勇、彭练矛团队在《Nature Electronics》期刊发表名为“Radiofrequency transistors based on aligned carbon nanotube arrays”的论文,研究报告了基于高纯度碳纳米管阵列的射频晶体管,该阵列使用双色散分选和二元液体界面对齐工艺制造。e3kednc

e3kednc

“与基于硅和 III-V 族化合物半导体的技术相比,CNT FET 可以为 SoC 应用实现更好的性能,”开展这项研究的研究人员之一彭练矛告诉 TechXplore。“然而,CNT FET 的速度和增益仍然落后于理论预测。”e3kednc

迄今为止,基于 CNT 的 FET 的速度一直受到限制且不能令人满意,这主要是由于缺乏具有合适密度、高均匀性、高半导体纯度和高载流子迁移率的排列良好的半导体 CNT 阵列。为了克服这些挑战并开发高性能的 CNT RF 设备,研究人员决定调整 CNT 材料的结构。e3kednc

为了制造他们的射频晶体管,彭和他的同事主要使用了两种工艺,即电子束光刻 (EBL) 和原子层沉积 (ALD)。然后,他们使用其他纳米制造设备通过所谓的自上而下剥离工艺完成了设备中每个功能层的制备。e3kednc

“我们通过双分散和二元液体界面限制自组装(BLIS)程序获得了用于射频应用的碳纳米管阵列,并实现了基于碳纳米管阵列的高性能射频器件和放大器的制造,”彭说。“至于我们的主要目标,我们希望在实验条件下探索基于 CNT 阵列的晶体管和放大器的上限频率、功率增益和线性性能潜力的潜力。”e3kednc

彭和他的同事开发的纳米管阵列的密度约为每微米120个纳米管,载流子迁移率为1,580 cm 2 V -1 s -1,饱和速度高达3.0x10 7 cm s -1。使用这些纳米管阵列,研究人员制造了在毫米波和太赫兹频率下工作时实现高直流性能的 FET。e3kednc

e3kednc

“我们希望 CNT 射频器件的速度、放大和线性潜力能够在实验中得到真正的证明,”彭说。e3kednc

值得注意的是,这组研究人员开发的基于 CNT 的 RF 晶体管属于金属氧化物半导体 (MOS)场效应晶体管(FET)类别。换句话说,支撑其运行的机制类似于启用 MOSFET 运行的机制。e3kednc

“射频晶体管是一个三端器件,由栅极节点、源极节点和漏极节点组成,”彭说。“栅极节点控制源极和漏极节点之间的导电通道。”e3kednc

为了能够放大射频信号,研究人员制造的晶体管依赖于 FET 器件的跨导放大。而且,它们的运行速度取决于载体在设备通道中的传输速度。e3kednc

“我们晶体管的主要优势可以概括为三个要点,”彭说。“首先,我们基于高密度半导体碳纳米管阵列的器件显示出强大的导通驱动能力,导致大跨导和大电流,从而带来强大的射频信号放大能力。其次,我们的碳纳米管阵列表现出高载流子饱和速度和高迁移率,对应于高电流增益截止频率 (fT) 和功率增益截止频率 (fMAX)。”e3kednc

在初步评估中,彭和他的同事创建的 CNT 阵列被发现具有出色的质量,并表现出很高的固有线性性能。值得注意的是,研究人员是第一个将基于 CNT 的 RF FET 的固有频率性能推入太赫兹范围的人。e3kednc

“虽然长期以来理论上预测 CNT FET 具有太赫兹潜力,但我们的结果是对此最接近的实验证明,”彭说。“此外,在相似的栅极长度和相同的去嵌入条件下,基于 CNT 阵列的 FET 器件表现出比基于硅的器件更高的截止频率。”e3kednc

这组研究人员收集的研究结果表明,基于 CNT 的设备的射频速度可以达到理论预测所概述的理想水平。未来,彭和他的同事们希望通过进一步优化它们的成分和结构,进一步提高基于碳纳米管的射频晶体管的性能。e3kednc

“我们还计划实现在太赫兹范围内运行的实用基于 CNT 的放大器,”彭说。“通过将它们与基于 CNT 的高性能数字 CMOS IC 集成,我们期待将基于 CNT 阵列的高速电子设备应用于以毫米波甚至太赫兹频率运行的 SoC 应用。”e3kednc

参考链接:techxplore.com;责编:Demie3kednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 商务部暂停天然砂对台湾地区出口,台积电难受了 据EDN电子技术设计了解,商务部网站8月3日早晨8点发布最新消息,表示将从即日起暂停天然砂对台湾地区出口。不少网友认为暂停天然砂对台湾地区的出口,此举将严重影响台湾的建筑业,实则影响不仅仅如此。台湾地区天然砂进口量的90%以上来自大陆,而台湾芯片占台湾2021年出口额的34.8%。网友称商务部暂停天然砂对台湾地区出口是捏到了台湾半导体制造业的七寸。
  • 华盛顿大学首创用人体热能为可穿戴电子设备供电 从健康和健身追踪器到虚拟现实设备,可穿戴电子产品已成为我们日常生活的一部分,但找到持续为这些设备供电的方法是一项挑战。华盛顿大学的研究人员开发了一种创新的解决方案:首创的柔性、可穿戴热电设备,可将体热转化为电能。
  • 深圳允许完全自动驾驶车辆上路,主驾无需坐人 据EDN电子技术设计引援央视财经报道,从8月1日开始,《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》正式实施,智能网联汽车列入国家汽车产品目录或者深圳市智能网联汽车产品目录,这也让深圳成为了国内首个允许L3级别自动驾驶车辆合法上路的城市。
  • 理想ONE高速起火烧成光架,其1.2T三缸增程器曾被指隐藏 近期,网络平台上发布了一段理想ONE在行驶过程中,车辆出现起火的视频内容。现场拍摄的灭火后图片显示,该轿车过火后仅剩骨架,车辆前部增程器位置受损严重,车辆尾门已经在过火后从车身主体脱落。此前,曾有国内汽车媒体对一台行驶了10万公里的理想ONE的东安1.2T三缸增程发动机进行拆解,被指隐藏暗病。
  • 上海微系统所使用石墨烯纳米带研制出世界上最小尺寸的 非易失性相变随机存取存储器(PCRAM)被认为是大数据时代新兴海量存储的有希望的候选者之一。然而,相对较高的编程能量阻碍了 PCRAM 中功耗的进一步降低。利用石墨烯的窄边接触可以有效降低每个电池中相变材料的活性体积,从而实现低功耗运行。
  • 可解决工业自动化和IIoT挑战的MCU 工业自动化和工业物联网(IIoT)设计人员的性能要求不断变化。就MCU而言,他们希望获得更快的处理速度、更多的内存、更好的连接性和更多的安全功能。
  • 我国建成开通5G基站数达185.4万个 工信部近日透露,截至2022年6月底,中国5G基站数达到185.4万个,其中二季度新增基站近30万个,已建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施,实现“县县通5G、村村通宽带”。。
  • 苹果发布2022财年第三财季业绩,营收829.59亿美元 Apple 今日公布了 2022 年第三财季的财务业绩。报告显示,苹果公司第三财季公布收入为 829.59亿美元,去年同期为 814 亿美元,同比增长2%;季度净利润为 194 .4亿美元,去年同期为217 亿美元,同比下降10.6%;其中,iPhone带来的营收406.7亿美元,同比增长3%。
  • 工程师开发出可以看到身体内部的贴纸 麻省理工学院的工程师设计了一种贴片,可以产生身体的超声图像。这种邮票大小的设备贴在皮肤上,可以提供 48 小时内脏器官的连续超声成像。
  • 美国参议院批准价值2460亿美元的芯片法案 美国参议院周三通过立法,以超过 750 亿美元支持国内半导体产业。GlobalFoundries、英特尔、三星代工厂、德州仪器、台积电和其他在美国建立半导体制造设施的公司或将受益。
  • 第三代半导体——碳化硅材料之制程与分析 SiC功率电子是加速电动车时代到来的主要动能。以SiC MOSFET取代目前的Si IGBT,不仅能使电力移转时的能源损耗降低80%以上,同时也可让芯片模块尺寸微缩至原本的1/10,达到延长电动车续航里程及缩短充电时间的功效。
  • 开源软件真的可靠吗? 乍看之下,采用开源软件似乎是个不错的办法,但归根究底,开源软件有几个特性可能会使其变得“邪恶”...
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了