Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) han demostrado por primera vez un nuevo mezclador FET de grafeno subarmónico en frecuencias de microondas. El mezclador ofrece nuevas oportunidades en la electrónica del futuro, ya que permite la tecnología de circuitos compactos, potencial para alcanzar altas frecuencias e integración con tecnología de silicio.
Un mezclador es un componente clave en todos los sistemas electrónicos:un dispositivo que combina dos o más señales electrónicas en una o dos señales de salida compuestas. Aplicaciones futuras en frecuencias de THz como sistemas de radar para seguridad y protección, astronomía radial, El monitoreo de procesos y el monitoreo ambiental requerirán grandes conjuntos de mezcladores para obtener imágenes de alta resolución y adquisición de datos a alta velocidad. Tales matrices de mezcladores o receptores de múltiples píxeles necesitan un nuevo tipo de dispositivos que no solo sean sensibles sino también compactos y eficientes en el consumo de energía.
La capacidad del grafeno para cambiar entre el transporte de portadores de huecos o de electrones a través del efecto de campo permite un nicho único para el grafeno para aplicaciones de RF IC. Gracias a esta característica eléctrica simétrica, los investigadores de Chalmers han logrado construir el mezclador resistivo subarmónico G-FET usando solo un transistor. Por eso, no se requieren circuitos de alimentación adicionales, lo que hace que el circuito del mezclador sea más compacto en comparación con los mezcladores convencionales. Como consecuencia, el nuevo tipo de mezclador requiere menos área de obleas cuando se construye y puede abrirse para matrices de sensores avanzados, por ejemplo, para obtener imágenes en ondas milimétricas e incluso submilimétricas a medida que avanza la tecnología G-FET.
Imagen esquemática de un mezclador subarmónico de grafeno-FET. Las señales LO y RF se envían a las terminales de puerta y drenaje, respectivamente, y la señal de FI se extrae del terminal de drenaje.
"El rendimiento del mezclador se puede mejorar optimizando aún más el circuito, además de fabricar un dispositivo G-FET con una relación de corriente on-off más alta ", dice Jan Stake, profesor del equipo de investigación. "El uso de un G-FET en esta nueva topología nos permite extender su funcionamiento a frecuencias más altas, explotando así las propiedades excepcionales del grafeno. Esto allana el camino para las tecnologías futuras que operan a frecuencias extremadamente altas ".
Además de habilitar circuitos compactos, el G-FET proporciona potencial para alcanzar altas frecuencias gracias a la alta velocidad del grafeno, y el hecho de que un mezclador de subarmónicos solo requiere la mitad de la frecuencia del oscilador local (LO) en comparación con un mezclador fundamental. Esta propiedad es atractiva especialmente en altas frecuencias (THz) donde hay una falta de fuentes que proporcionen suficiente potencia LO.
Es más, el G-FET se puede integrar con tecnología de silicio. Por ejemplo, es compatible con CMOS (semiconductor complementario de óxido de metal) y, entre otras cosas, se puede utilizar en la electrónica CMOS para el procesamiento de backend en un solo chip.
