(PhysOrg.com) -- Per anni, scienziati e ricercatori hanno studiato le proprietà dei nanotubi di carbonio e del grafene da utilizzare nella nanoelettronica. "Non esiste una reale applicazione di massa di dispositivi basati su grafene e nanotubi di carbonio, " racconta Zhenxing Wang PhysOrg.com . "Questa è davvero un'opportunità per loro di mostrare le loro capacità".

Wang fa parte di un gruppo presso il Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices presso l'Università di Pechino a Pechino. Insieme a Zhiyong Zhang, Huilong Xu, Li Ding, Sheng Wang, e Lian-Mao Peng, Wang ha testato un duplicatore di frequenza basato su transistor ad effetto di campo al grafene top-gate per valutarne le prestazioni. Sono stati in grado di dimostrare che un duplicatore di frequenza a base di grafene può fornire un'efficienza di conversione superiore al 90%, mentre il valore corrispondente non è maggiore del 30% per il duplicatore di frequenza convenzionale. Il loro lavoro è pubblicato in Lettere di fisica applicata :"Un duplicatore di frequenza basato su transistor ad effetto di campo al grafene top-gate ad alte prestazioni."

“Il nostro lavoro si è concentrato sull'aumento del guadagno e della risposta in frequenza del duplicatore di frequenza utilizzando la geometria del gate superiore sul dispositivo, ” spiega Wang. “Solo con un top-gate le persone possono fabbricare dispositivi ad alte prestazioni e circuiti integrati. Questo lavoro apre la strada all'applicazione di massa dei transistor al grafene nel prossimo futuro”.

Il grafene è desiderabile come materiale per transistor a causa delle sue elevate prestazioni. Wang sottolinea che IBM ha recentemente dimostrato che il transistor al grafene può funzionare fino a 100 GHz, e il gruppo dell'Università di Pechino ritiene che il materiale possa funzionare ancora bene anche nel regime THz. “Questo è molto eccitante, "Wang dice, “perché un duplicatore di frequenza con alta frequenza e alta efficienza può essere molto costoso. Il nostro dispositivo è più economico - consisteva solo in un transistor - ma con un'efficienza molto più elevata".

A Pechino, il gruppo ha fabbricato il dispositivo con litografia standard, stratificando il grafene su un wafer di silicio, inferiore a 1 mm x 1 mm. Per testare le prestazioni, Wang e i suoi colleghi hanno utilizzato un oscilloscopio digitale. Hanno anche usato un metodo di prova recente, sviluppato all'Università di Pechino, per misurare le prestazioni del duplicatore di grafene. “Abbiamo sviluppato un nuovo metodo di prova con un analizzatore di spettro, che può ottenere informazioni dirette sulla frequenza e rilevare un segnale molto più piccolo che non può essere ottenuto dall'oscilloscopio.

Andando avanti, questo lavoro potrebbe portare allo sviluppo di transistor al grafene per la nanoelettronica. "In linea di principio, questo tipo di dispositivo può essere realizzato su scala wafer, basato sull'attuale tecnologia di litografia e sulla crescita del grafene su scala wafer. La produzione di massa può essere realizzata una volta che la tecnologia di crescita del grafene diventa matura, ” spiega Wang. “Attendiamo con impazienza la produzione in serie di un duplicatore di frequenza a base di grafene con risposta in frequenza fino a 100 GHz, guadagno maggiore di 1/10, e con basso costo e basso consumo energetico.”

questo futuro, anche se, potrebbero essere ancora tra cinque e dieci anni, e Wang non è ancora eccessivamente preoccupato per la fine della produzione di massa. “Ora mi sto concentrando sul miglioramento delle prestazioni del dispositivo in dimostrazione per mostrare il suo potenziale. La possibile ottimizzazione può essere effettuata attraverso mezzi come la sostituzione del substrato con materiali isolanti per ridurre la capacità parassita. Ad un certo punto, anche se, i transistor al grafene potrebbero aiutare a far progredire lo sviluppo dell'elettronica su nanoscala, e il lavoro svolto dagli scienziati dell'Università di Pechino sta fornendo un passo in quella direzione.

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