用一个石墨烯晶体管实现GHz频带的直接转换


来源:技术在线

标签石墨烯
瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers Universityof Technology)2012年1月3日宣布,利用一个石墨烯晶体管(GFET)便制造出了用于微波用途的次谐波混频器(新闻发布资料)。在利用GFET的微波混频器方面,美国IBM已于2011年6月率先开发出了相关产品,但只具备对输入信号和本地振荡器(LO)的信号实施差分与和分的简单功能(参阅本站报道)。此次制造的次谐波混频器凭借更接近实用水平的设计,并运用石墨烯的双极性(ambipolar)特点,与现有的混频器相比实现了电路构造的大幅简化和小面积化。

    次谐波混频器是从RF信号直接输出基带信号(直接转换方式)或者输出低IF(中频)信号(低IF方式)的常用混频电路之一。LO的频率为fLO、RF信号的频率为fRF时,被输出的IF信号的频率为|fRF-2fLO|。此次制造的次谐波混频器在fRF为2GHz、fLO为1.01GHz时,输出|fRF-2fLO|=20MHz的IF信号。

    具体的电路构成非常简单。将LO信号施加于源电极接地的GFET栅极电极。另外,向漏电极输入通过高通滤波器(HPF)后的RF信号,将其反射波经由低通滤波器(LPF)作为IF信号取出。次谐波混频器一般会大量采用晶体管,而此次制造的次谐波混频器只用1个GFET即可实现。因此,“与原来的混频器相比,大幅缩小了小面积”(查尔姆斯理工大学)。

    次谐波混频器的工作机制如下:首先,通过用LO信号来调制栅极电极,使石墨烯的电阻值、即GFET的源-漏电极间电阻(Rds)以2fLO频率变化。这是为了利用该GFET具有的双极性,在LO信号振幅的谷点和顶点分别获得Rds峰值。

    由于RF信号被输入漏电极,因此会产生与Rds变化相应的反射波。该反射波与原RF信号的合成波的频率成分为fRF±2nfLO等。其中,fRF-2fLO可用作IF信号。

    采用“机械剥离法”从天然石墨中取得石墨烯,然后将其置于SOI基板上即可制造出GFET。光反射率的检测结果证实,剥离的石墨层即为单层的石墨烯。
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