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Los transistores alcanzan velocidades de terahercios
MOSFET de nanotubos de carbono que operan más allá de 1 THz y prometen comunicación inalámbrica ultrarrápida, computación de alta velocidad y sistemas de radar de próxima generación.
Investigadores de la Universidad de Pekín, la Universidad de Xiangtan y la Universidad de Zhejiang han desarrollado una nueva generación de MOSFET basados en nanotubos de carbono (CNT) capaces de operar a frecuencias de terahercios (THz), llevando el rendimiento de los transistores mucho más allá de los límites del silicio convencional.Estos dispositivos podrían allanar el camino para la comunicación inalámbrica ultrarrápida, la informática de alta velocidad y los sistemas de radar de próxima generación.
Los transistores de silicio tradicionales alcanzan un máximo de 100 a 300 GHz, suficiente para las aplicaciones informáticas e inalámbricas actuales, pero limitante para las tecnologías 6G emergentes.Los MOSFET basados en CNT recientemente desarrollados superan 1 THz, lo que permite una conmutación de señal a
Los CNT (nanoestructuras cilíndricas de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal) son apreciados por su excepcional conductividad eléctrica y robustez mecánica.Al alinear películas de CNT semiconductores, el equipo de investigación fabricó MOSFET que combinan una alta movilidad del portador con una impresionante transconductancia y corriente en estado activo.Las estructuras de compuerta optimizadas, incluidas las innovadoras compuertas en forma de Y, produjeron dispositivos con longitudes de compuerta de tan solo 35 a 80 nm, logrando frecuencias de corte de hasta 551 GHz y frecuencias máximas de oscilación superiores a 1 THz.
El equipo también demostró aplicaciones prácticas mediante la creación de amplificadores de radiofrecuencia de ondas milimétricas (mmWave) utilizando CNT MOSFET.Estos amplificadores, que funcionan a 30 GHz, entregaron ganancias superiores a 21 dB, aumentando de manera confiable la intensidad de la señal más de cien veces.Este rendimiento resalta el potencial de los conjuntos de CNT no sólo para circuitos digitales sino también para sistemas analógicos de THz, incluidos transmisores y receptores inalámbricos ultrarrápidos.
La investigación demuestra cómo la cuidadosa alineación de materiales, la ingeniería de puertas y los refinamientos de fabricación pueden transformar los CNT MOSFET de dispositivos experimentales en componentes de alto rendimiento listos para la electrónica de próxima generación.El trabajo futuro podría ampliar su uso a la detección de THz, enlaces de datos de alta velocidad y sistemas de radar avanzados, redefiniendo potencialmente la velocidad y eficiencia de las comunicaciones electrónicas.
"Las películas de nanotubos de carbono alineadas podrían servir como columna vertebral tanto para circuitos integrados digitales como para dispositivos analógicos de terahercios", señalaron los autores, enfatizando que su enfoque supera las limitaciones de frecuencia observadas en diseños anteriores de transistores CNT.