트랜지스터, 테라헤르츠 속도 달성

Peking University, Xiangtan University 및 Zhejiang University의 연구원들은 테라헤르츠(THz) 주파수에서 작동할 수 있는 차세대 탄소 나노튜브(CNT) 기반 MOSFET을 개발하여 트랜지스터 성능을 기존 실리콘 한계를 훨씬 뛰어넘었습니다.이러한 장치는 초고속 무선 통신, 고속 컴퓨팅 및 차세대 레이더 시스템을 위한 길을 열 수 있습니다.

기존 실리콘 트랜지스터는 최대 100~300GHz로 현재 무선 및 컴퓨팅 애플리케이션에는 충분하지만 새로운 6G 기술에는 제한됩니다.새로 개발된 CNT 기반 MOSFET은 1THz를 초과하여 신호 스위칭을 가능하게 합니다.

육각형 격자로 배열된 탄소 원자의 원통형 나노 구조인 CNT는 탁월한 전기 전도성과 기계적 견고성으로 인해 높이 평가됩니다.연구진은 반도체 CNT 필름을 정렬함으로써 높은 캐리어 이동도와 인상적인 온 상태 전류 및 트랜스컨덕턴스를 결합한 MOSFET을 제작했습니다.혁신적인 Y자형 게이트를 포함한 최적화된 게이트 구조는 게이트 길이가 35~80nm로 짧은 장치를 생산하여 최대 551GHz의 차단 주파수와 1THz 이상의 최대 발진 주파수를 달성했습니다.

또한 팀은 CNT MOSFET을 사용하여 밀리미터파(mmWave) 무선 주파수 증폭기를 만들어 실용적인 애플리케이션을 시연했습니다.30GHz에서 작동하는 이 증폭기는 21dB를 초과하는 이득을 제공하여 신호 강도를 100배 이상 안정적으로 향상시켰습니다.이러한 성능은 디지털 회로뿐만 아니라 초고속 무선 송신기 및 수신기를 포함한 THz 아날로그 시스템에 대한 CNT 어레이의 잠재력을 강조합니다.

이 연구는 신중한 재료 정렬, 게이트 엔지니어링 및 제조 개선을 통해 CNT MOSFET을 실험 장치에서 차세대 전자 장치를 위한 고성능 구성 요소로 변환할 수 있는 방법을 보여줍니다.향후 작업에서는 THz 감지, 고속 데이터 링크 및 고급 레이더 시스템으로 사용을 확장하여 잠재적으로 전자 통신의 속도와 효율성을 재정의할 수 있습니다.

정렬된 탄소 나노튜브 필름은 디지털 집적 회로와 테라헤르츠 아날로그 장치 모두의 백본 역할을 할 수 있다고 저자는 언급하면서 그들의 접근 방식이 초기 CNT 트랜지스터 설계에서 볼 수 있는 주파수 제한을 극복한다고 강조했습니다.