211service.com
Grafeno tranzistoriai belaidžiuose ryšiuose veikia trigubai
Grafeno potencialas buvo pripažintas anksčiau šį mėnesį, kai tie, kurie pirmą kartą jį ištyrė laboratorijoje, laimėjo 2010 m. Nobelio fizikos premiją. Tačiau mokslininkai tik pradeda aiškintis, kaip elektroniniuose prietaisuose panaudoti naują anglies medžiagą.
Trigubas tranzistorius: pavienius grafeninius tranzistorius, tokius kaip šis, galima priversti veikti trimis režimais ir atlikti funkcijas, kurioms paprastai reikia kelių tranzistorių grandinėje.
Tyrėjai jau sukūrė nepaprastai greitus grafeno tranzistorius. Dabar jie panaudojo grafeną, kad pagamintų tranzistorių, kurį galima perjungti tarp trijų skirtingų veikimo režimų, kuriuos įprastose grandinėse turi atlikti trys atskiri tranzistoriai. Šie konfigūruojami tranzistoriai gali padėti sukurti kompaktiškesnius lustus belaidžiams signalams siųsti ir priimti.
Lustai, naudojantys mažiau tranzistorių ir išlaikantys visas tas pačias funkcijas, galėtų būti pigesni, sunaudoti mažiau energijos ir atlaisvinti vietos nešiojamuose elektroniniuose įrenginiuose, pavyzdžiui, išmaniuosiuose telefonuose, kur trūksta vietos. Naujasis grafeno tranzistorius yra analoginis įrenginys, tokio tipo, kuris naudojamas belaidžiam ryšiui „Bluetooth“ ausinėse ir radijo dažnio identifikavimo (RFID) žymose.
Puiki grafeno struktūra atominiame lygmenyje užtikrina sklandų elektronų judėjimą, o medžiaga praleidžia elektronus geriau nei bet kuri kita medžiaga kambario temperatūroje. Iki šiol jis buvo naudojamas tranzistoriams, kurie persijungia maždaug 100 gigahercų dažniu arba 100 milijardų kartų per sekundę, 10 kartų greičiau nei geriausi silicio tranzistoriai; Prognozuojama, kad iš medžiagos būtų galima pagaminti net 1000 kartų greitesnius tranzistorius. Kadangi grafenas yra lygus ir plokščias, jis turėtų būti suderinamas su lustų gamybos įranga puslaidininkių gaminiuose.
Tačiau grafenas turi ir kitų savybių, be to, kad yra puikus elektronų laidininkas Kartikas Mohanram , Rice universiteto elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius. Taip pat galima pakeisti grafeno tranzistoriaus elgseną skrendant, ko negalima padaryti naudojant įprastus silicio tranzistorius. Tranzistoriai, sudarantys įprastines silicio logines grandines, gali veikti tik vienu iš dviejų būdų, vadinamų n neigiamu arba p teigiamu – jie valdo elektronų srautą arba skylių srautą arba teigiamus krūvius. Ar įprastas tranzistorius yra p tipo, ar n tipo, nustatoma gamybos metu. Tačiau grafenas yra ambipolinis: jis gali atlikti tiek teigiamus, tiek neigiamus krūvius.
Mohanram sukūrė tranzistorių, kurį galima keisti, ir pagamino bei išbandė su juo Aleksandras Balandinas , medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius Kalifornijos universitete Riverside. Pakeitus įtampą, taikomą grafeno lakštui, naudojant tris elektrinius vartus, jie galėjo perjungti grafeną tarp trijų skirtingų režimų: n tipo, p tipo ir režimo, kai jis vienodai atlieka teigiamą ir neigiamą krūvį. Šis trigubo režimo tranzistorius veikia kaip stiprintuvas ir gali būti naudojamas duomenų srautui koduoti, keičiant signalo dažnį ir fazę. Fazės ir dažnio pokyčiai naudojami duomenims koduoti telekomunikacijų įrenginiuose, tokiuose kaip „Bluetooth“ ausinės ir RFID žymos.
Mohanram ir Balandin įrenginys yra pirmasis, galintis atlikti tokio lygio signalo apdorojimą viename tranzistoryje. Paprastai tokiam signalizavimui reikia kelių tranzistorių. Jų tranzistorius yra koncepcijos įrodymas, tačiau Mohanram sako, kad jis parodo, kas gali būti įmanoma naudojant grafeną.
Kitos grupės demonstravo daugiamodius tranzistorius naudojant grafeną, anglies nanovamzdelius ir organines molekules. Tyrėjai teigia, kad naują grafeno trigubo režimo grandinę galima valdyti geriau nei tuos įrenginius.
Valdymas yra labai svarbus kuriant ambipolius tranzistorius, sako Subhašišas Mitra , Stanfordo universiteto elektros inžinerijos ir informatikos profesorius. Žmonės ambipoliškumą laikė blogu dalyku, nes paprastai sunku kontroliuoti, kaip elgsis ambipolinis tranzistorius, todėl išvis sunku juos naudoti, sako jis.
Mitra pažymi, kad vieno tranzistoriaus lygio pranašumai dabar turi būti parodyti sistemose. Dėl elektrinių užtvarų, reikalingų ambipolinių tranzistorių matricų veikimui valdyti, grandines gali būti daug sunkiau suprojektuoti ir pagaminti. Dabar, kai jie parodė, kad gali tai padaryti, turime pamatyti, kokią naudą tai atneša sistemos lygmeniu, sako jis.
Balandin ir Mohanram dabar dirba su grafeno grandinėmis, kad išbandytų ambipoliškumo pranašumus aukštesniu lygiu. Jie taip pat keičia pačių tranzistorių dizainą, kad jie būtų efektyvesni.
Niekas dar nepaskelbė straipsnių apie integrinių grandynų, pagamintų iš grafeno tranzistorių, kūrimą, tačiau Balandinas teigia, kad dabar mokslininkai ketina viską sujungti. Kadangi medžiagų mokslininkai ir prietaisų gamintojai stengiasi įveikti darbo su grafenu iššūkius, sako Mohanram, grandinių dizaineriai turėtų neatsilikti nuo jų ir kūrybiškai galvoti apie ambipoliškumą ir kitas grafeno ir kitų nanomedžiagų atvertas galimybes. Nauji dizainai ir nauji mąstymo būdai gali atsilikti nuo naujų medžiagų kūrimo, sako jis.