美研发具备模拟功能的石墨烯晶体管

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在所谓的“后硅时代(post-silicon era)”,采用纯碳薄片——也就是石墨烯(graphene)——所制作的晶体管,为数字电路开启了一个新典范,但是模拟电路呢?

 

美国莱斯大学(Rice University)的研究人员最近开发出一种模拟石墨烯晶体管,不只具备像是p或n型硅晶体管的放大功能,也发现石墨烯在一种特殊的倍频(frequency-multiplication)模式下,可具备双极(ambipolar)特性。莱斯大学的研究人员并示范了这种三模(triple-mode)的石墨烯晶体管,能如何用以打造简易的相移键控(phase-shift keying)与频移键控(frequency-shift keying)电路。

 

硅场效晶体管(FET)是单极(unipolar)的,因为该类组件只能使用单个电荷载体,或者是电洞(electrons of holes)——依照该组件是n或p型来决定。在另一方面,用石墨烯制作的碳双极晶体管,能同时利用电子与电洞,取决于是否施加正电压或是负电压。因此研究人员表示,能利用以上特性制作创新的、可利用上两种载体型态进行放大的模拟电路,只要透过输入高于或低于闸极偏置电压(bias voltage)的讯号。

 

莱斯大学的研究人员并指出,该种三模晶体管亦能用以制作更简易的电路,并能因此将一般芯片中的模拟功能区块尺寸与复杂性降低。为了证实以上概念,研究人员制作了具备共同源极(common-source)、共同汲极(common-drain)以及倍频模式的电路,包括相移键控与频移键控的调变(modulation)架构。

 

上述研究是由莱斯大学教授Kartik Mohanram与美国加州大学河滨分校(University of California-Riverside)教授Alexander Balandin所合作进行,参与研究的还有分属两校的博士候选人Xuebei Yang与Guanxiong Liu。该研究是由美国国家科学基金会(NSF)与美国国防部高等研究计划署(DARPA)所赞助。