Графеновый усилитель может значительно улучшить беспроводную связь
 Слева - изображение типичного транзистора из графена, полученное при помощи оптического микроскопа. Справа - структурная схема первого в своем роде графенового усилителя. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Усилитель, состоящий из одного транзистора и одного резистора, является одним из наиболее простых элементов аналоговых схем. В «классической» схемотехнике существует три типа подобных усилителей: с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Каждая из схем обладает своими характеристиками, определяющими ее использование в каждом конкретном случае.
В зависимости от поставленной задачи, на практике используется тот или иной тип усилителей. В данном случае идеальным можно было бы назвать то устройство, которое допускало бы переконфигурацию, в зависимости от текущих потребностей. К сожалению, такой идеал недостижим при использовании стандартных «кремниевых» технологий (позволяющих строить полевые транзисторы типа металл-оксид-полупроводник или MOSFET, metal–oxide–semiconductor field-effect transistor). Но, как показали исследования группы из University of California и Riverside and Rice University, транзисторы на базе графена могли бы сделать такое «идеализированное» устройство реальным.
Как известно, графен представляет собой двумерный лист атомов углерода, формирующих гексагональную кристаллическую решетку. За счет отсутствия в кристалле так называемого третьего измерения, графен является отличным проводником электрического тока и температуры. Благодаря этим свойствам данный материал всерьез рассматривается в качестве замены кремния в наноэлектронных устройствах будущего. Кроме того, на практике было показано, что транзисторы, сделанные из графена, могут работать с чрезвычайно высокими частотами (свыше 100 ГГц) при сохранении достаточно низкого уровня посторонних шумов. Важен также и тот факт, что графен амбиполярен, т.е. в качестве основного носителя зарядов в нем могут выступать как электроны, так и дырки. Причем, переключение «преобладающего» носителя производится простым изменением полярности управляющего напряжения. Это радикально отличается от привычной практики «стандартных» полупроводников, где основной носитель заряда определяется раз и навсегда посредством выбора соответствующей примеси. Именно эта характеристика и сделала возможным создание описанного выше «идеализированного» (универсального) устройства.
В рамках своих экспериментов команда ученых создала «тройное» устройство, которое, в зависимости от внешних условий может функционировать как один из общеизвестных типов однотранзисторных усилителей (с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором).
Учитывая свободу выбора «типа» усилителя, которую предоставляет инженерам новый элемент, можно ожидать, что разработка в значительной степени позволит упростить электронные схемы. В конечном итоге это позволит работать с более широкой полосой пропускания по частоте и сталкиваться с меньшими помехами.
На данный момент усилитель построен на базе одного из самых простых графеновых транзисторов. В ближайшем будущем ученые планируют использовать более сложные компоненты для дальнейшего повышения рабочих характеристик новых элементов.
Также по теме:
- Графен позволил создать ультрабыстрый лазер
- Полевые транзисторы из графена – будущее мобильных технологий
Источники: