曹觉先团队和丁力团队在碳基器件5G毫米波应用领域的研究进展

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曹觉先团队和丁力团队在碳基器件5G毫米波应用领域的研究进展

来源：湘潭大学 2023-08-30

导读：近日，湘潭大学湖南先进传感与信息技术创新研究院曹觉先教授和丁力副研究员团队在纳米材料领域国际著名期刊《美国化学学会—纳米》（ACS Nano，IF=18.027）发表了题为“Aligned Carbon Nanotubes-Based Radiofrequency Transistors for Amplitude Amplification and Frequency Conversion at Millimeter Wave Band”的文章。论文第一作者为研究院2020级硕士研究生钱佳乐，曹觉先教授和丁力副研究员为共同通讯作者，湘潭大学为论文的第一单位。

碳纳米管被认为是下一代优异的半导体材料。由于其超高的载流子迁移率、饱和速度以及准一维结构，在射频电子学当中表现出巨大的潜力，近些年来受到广泛关注。混频器作为无线通讯的重要模块，在射频系统中扮演着重要角色，由于其他新型纳米材料工作的混频器表现出工作频段低，变频增益小等问题，不能满足当下5G毫米波通讯的要求。针对这一问题，该团队通过合理设计器件结构：多指结构（提高开态电流及跨导）、特征尺寸（栅长）缩减至50nm、栅介质（氧化铪）缩减至5nm（增强栅控）、带有空间间隙的顶栅结构（降低寄生电容）、优化工艺等，显著提高了碳基混频器的工作频段及变频增益。

该文报道的碳基混频器在18-40GHz的频段内，具有-12.7~-17dB的变频增益，在30GHz（5G mmWave）工作频段下，其变频增益能够优于-13dB,表征线性度的三阶截距点和1dB压缩点分别为25dBm和8dBm。同时，该工作也表征了碳基器件作为放大器的潜力，其正向功率增益（S21）能够达到约7dB,且3dB带宽超过40GHz。该工作展现了碳基放大器和混频器在所有纳米材料中的最优性能，为接下来碳基在5G mmWave的应用奠定了基础。论文得到国家重点研发计划以及国家自然科学基金的资助。

湖南先进传感与信息技术创新研究院成立于2018年，由湘潭大学与北京大学合作共建，是集人才培养、科学研究、技术开发、成果转移转化于一体，治理结构完善、运行机制灵活、有别于现有机构的“实验区”。研究院团队由中国科学院彭练矛院士领衔，包括国家级人才在内的11名学术带头人、5名教授、2名副教授、12位优秀博士、14名实验室工程技术人员、100余名博士及硕士研究生。围绕碳基集成电路和新型传感器为代表的新一代信息技术领域，团队在唐氏综合症筛查、肝癌检测、无创血糖监测等生物传感和甲烷、氢气、甲醛等气体传感器件及其相关技术方面取得重要成果，并已研制全球首条碳基传感芯片示范线，推进相关核心技术产业化。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02739

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来源：湘潭大学 2023-08-30