211service.com
Grafēna tranzistori nodrošina trīskāršu funkciju bezvadu sakaros
Grafēna potenciāls tika atzīts šā mēneša sākumā, kad tie, kas pirmo reizi to pētīja laboratorijā, ieguva 2010. gada Nobela prēmiju fizikā. Taču pētnieki tikai sāk izdomāt, kā izmantot jaunā oglekļa materiāla priekšrocības elektroniskajās ierīcēs.
Trīskāršs tranzistors: vienus grafēna tranzistorus, piemēram, šo, var likt darboties trīs režīmos un veikt funkcijas, kurām parasti ir nepieciešami vairāki tranzistori ķēdē.
Pētnieki jau ir izgatavojuši ļoti ātrus grafēna tranzistorus. Tagad viņi ir izmantojuši grafēnu, lai izveidotu tranzistoru, kuru var pārslēgt starp trim dažādiem darbības režīmiem, kas parastajās shēmās ir jāveic trīs atsevišķiem tranzistoriem. Šie konfigurējami tranzistori var radīt kompaktākas mikroshēmas bezvadu signālu nosūtīšanai un saņemšanai.
Mikroshēmas, kurās tiek izmantots mazāk tranzistoru, vienlaikus saglabājot visas tās pašas funkcijas, varētu būt lētākas, patērēt mazāk enerģijas un atbrīvot vietu portatīvajā elektronikā, piemēram, viedtālruņos, kur vietas ir maz. Jaunais grafēna tranzistors ir analoga ierīce, kas tiek izmantota bezvadu sakariem Bluetooth austiņās un radiofrekvences identifikācijas (RFID) tagos.
Grafēna ideālā struktūra atomu līmenī nodrošina vienmērīgu elektronu pārvietošanos, un materiāls vada elektronus labāk nekā jebkurš cits materiāls istabas temperatūrā. Līdz šim tas ir izmantots, lai izgatavotu tranzistorus, kas pārslēdzas ar aptuveni 100 gigahercu jeb 100 miljardiem reižu sekundē, 10 reizes ātrāk nekā labākie silīcija tranzistori; tiek prognozēts, ka no materiāla varētu izgatavot tranzistorus, kas ir pat 1000 reižu ātrāki par šo. Un, tā kā grafēns ir gluds un plakans, tam jābūt saderīgam ar mikroshēmu izgatavošanas aprīkojumu pusvadītāju ražotnēs.
Taču grafēns piedāvā ne tikai lielisku elektronu vadītāju, bet arī citas īpašības, saka Kārts Mohanrams , Rīsas universitātes elektrotehnikas un datortehnikas profesors. Ir iespējams arī mainīt grafēna tranzistora uzvedību lidojuma laikā, ko nevar izdarīt ar parastajiem silīcija tranzistoriem. Tranzistori, kas veido parastās silīcija loģiskās shēmas, var darboties tikai vienā no diviem veidiem, ko sauc par n kā negatīvu vai p kā pozitīvu – tie vai nu kontrolē elektronu plūsmu vai caurumu plūsmu, vai pozitīvus lādiņus. To, vai parastais tranzistors ir p-tipa vai n-tipa, nosaka izgatavošanas laikā. Bet grafēns ir ambipolārs: tas var vadīt gan pozitīvus, gan negatīvus lādiņus.
Mohanram ir izstrādājis tranzistoru, kuru var mainīt, un ir to izgatavojis un pārbaudījis Aleksandrs Balandins , materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors Kalifornijas Universitātē Riversaidā. Mainot spriegumu, kas pielikts grafēna loksnei, izmantojot trīs elektriskos vārtus, viņi varēja pārslēgt grafēnu starp trim dažādiem režīmiem: n-tipa, p-tipa un režīmu, kurā tas vienādi veica pozitīvo un negatīvo lādiņu. Šis trīskāršā režīma tranzistors darbojas kā pastiprinātājs, un to var izmantot datu straumes kodēšanai, mainot signāla frekvenci un fāzi. Fāzes un frekvences izmaiņas tiek izmantotas, lai kodētu datus telekomunikāciju ierīcēs, piemēram, Bluetooth austiņās un RFID tagos.
Mohanram un Balandin ierīce ir pirmā, kas spēj veikt šāda līmeņa signālu apstrādi vienā tranzistorā. Parasti šādai signalizācijai ir nepieciešami vairāki tranzistori. Viņu tranzistors ir koncepcijas pierādījuma ierīce, taču Mohanram saka, ka tas parāda, kas varētu būt iespējams ar grafēnu.
Citas grupas ir demonstrējušas daudzmodu tranzistorus, izmantojot grafēnu, oglekļa nanocaurules un organiskās molekulas. Pētnieki saka, ka jauno grafēna trīskāršā režīma ķēdi var kontrolēt labāk nekā šīs ierīces.
Vadība ir ļoti svarīga, izstrādājot ambipolārus tranzistorus, saka Subhašišs Mitra , Stenfordas universitātes elektrotehnikas un datorzinātņu profesors. Viņš saka, ka cilvēki ambipolaritāti uzskatīja par sliktu, jo parasti ir grūti kontrolēt, kā ambipolārs tranzistors darbosies, kas apgrūtina to lietošanu vispār.
Mitra atzīmē, ka priekšrocības, kas parādītas viena tranzistora līmenī, tagad ir jāpierāda sistēmās. Elektriskie vārti, kas nepieciešami, lai kontrolētu ambipolāru tranzistoru bloku darbību, var padarīt ķēdes daudz grūtāk konstruējamas un izgatavotas. Viņš saka, ka tagad, kad viņi ir pierādījuši, ka viņi to var izdarīt, mums ir jāredz, kādu labumu tas sniedz sistēmas līmenī.
Balandins un Mohanram tagad strādā pie grafēna shēmām, lai pārbaudītu ambipolaritātes priekšrocības augstākā līmenī. Viņi arī maina pašu tranzistoru dizainu, lai padarītu tos efektīvākus.
Neviens vēl nav publicējis nevienu rakstu par integrālo shēmu izveidi, kas izgatavotas no grafēna tranzistoriem, taču Balandins saka, ka pētnieki tagad ir uz robežas, lai to visu apvienotu. Tā kā materiālu zinātnieki un ierīču ražotāji strādā, lai pārvarētu problēmas, kas saistītas ar darbu ar grafēnu, saka Mohanram, ķēžu dizaineriem vajadzētu iet kopsolī ar tiem un radoši domāt par ambipolaritāti un citām iespējām, ko paver grafēns un citi nanomateriāli. Viņš saka, ka jauni dizaini un jauni domāšanas veidi var atpalikt no jaunu materiālu izstrādes.