I ricercatori della Chalmers University of Technology (Svezia) hanno dimostrato per la prima volta un nuovo mixer FET di grafene subarmonico alle frequenze delle microonde. Il mixer offre nuove opportunità nell'elettronica futura, in quanto consente la tecnologia dei circuiti compatti, potenziale per raggiungere alte frequenze e integrazione con la tecnologia al silicio.
Un mixer è un elemento fondamentale in tutti i sistemi elettronici:un dispositivo che combina due o più segnali elettronici in uno o due segnali di uscita compositi. Applicazioni future a frequenze THz come sistemi radar per la sicurezza e la sicurezza, radioastronomia, il monitoraggio dei processi e il monitoraggio ambientale richiederanno grandi array di mixer per l'imaging ad alta risoluzione e l'acquisizione dei dati ad alta velocità. Tali array di mixer o ricevitori multi-pixel necessitano di un nuovo tipo di dispositivi che non siano solo sensibili, ma anche efficienti dal punto di vista energetico e compatti.
La capacità del grafene di passare dal trasporto di lacune al trasporto di elettroni tramite l'effetto di campo consente una nicchia unica per il grafene per applicazioni RF IC. Grazie a questa caratteristica elettrica simmetrica, i ricercatori di Chalmers sono riusciti a costruire il mixer resistivo subarmonico G-FET utilizzando un solo transistor. Quindi, non sono necessari circuiti di alimentazione aggiuntivi, che rende il circuito del mixer più compatto rispetto ai mixer tradizionali. Come conseguenza, il nuovo tipo di mixer richiede meno area di wafer quando costruito e può aprirsi per array di sensori avanzati, ad esempio per l'imaging a onde millimetriche e persino onde submillimetriche man mano che la tecnologia G-FET progredisce.
Immagine schematica di un mixer grafene-FET subarmonico. I segnali LO e RF vengono inviati ai terminali di gate e drain, rispettivamente, e il segnale IF viene estratto dal terminale di drain.
"Le prestazioni del mixer possono essere migliorate ottimizzando ulteriormente il circuito, oltre a fabbricare un dispositivo G-FET con un rapporto di corrente on-off più elevato", dice Jan Palo, professore del gruppo di ricerca. "L'utilizzo di un G-FET in questa nuova topologia ci consente di estendere il suo funzionamento a frequenze più alte, sfruttando così le eccezionali proprietà del grafene. Questo apre la strada a tecnologie future operanti a frequenze estremamente elevate."
Oltre a consentire circuiti compatti, il G-FET offre la possibilità di raggiungere alte frequenze grazie all'elevata velocità nel grafene, e il fatto che un mixer subarmonico richiede solo metà della frequenza dell'oscillatore locale (LO) rispetto a un mixer fondamentale. Questa proprietà è interessante soprattutto alle alte frequenze (THz) dove mancano sorgenti che forniscano sufficiente potenza LO.
Inoltre, il G-FET può essere integrato con la tecnologia al silicio. Per esempio, è compatibile con CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) e tra l'altro può essere utilizzato nell'elettronica CMOS per l'elaborazione di backend su un singolo chip.
