Des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers (Suède) ont pour la première fois démontré un nouveau mélangeur FET de graphène sous-harmonique à des fréquences micro-ondes. Le mélangeur offre de nouvelles opportunités dans l'électronique future, car il permet la technologie des circuits compacts, potentiel d'atteindre des fréquences élevées et d'intégration avec la technologie du silicium.
Un mélangeur est un élément clé de tous les systèmes électroniques - un dispositif qui combine deux ou plusieurs signaux électroniques en un ou deux signaux de sortie composites. Applications futures aux fréquences THz telles que les systèmes radar pour la sécurité et la sûreté, radioastronomie, la surveillance des processus et la surveillance de l'environnement nécessiteront de grands réseaux de mélangeurs pour l'imagerie haute résolution et l'acquisition de données à grande vitesse. De tels réseaux de mélangeurs ou récepteurs multipixels nécessitent un nouveau type de dispositifs non seulement sensibles, mais également économes en énergie et compacts.
La capacité du graphène à basculer entre le transport de trous ou de porteurs d'électrons via l'effet de champ permet une niche unique pour le graphène pour les applications RF IC. Grâce à cette caractéristique électrique symétrique, les chercheurs de Chalmers ont réussi à construire le mélangeur résistif sous-harmonique G-FET en utilisant un seul transistor. D'où, aucun circuit d'alimentation supplémentaire n'est requis, ce qui rend le circuit mélangeur plus compact par rapport aux mélangeurs conventionnels. En conséquence, le nouveau type de mélangeur nécessite moins de surface de plaquette lorsqu'il est construit et peut s'ouvrir pour des réseaux de capteurs avancés, par exemple pour l'imagerie à ondes millimétriques et même sub-millimétriques à mesure que la technologie G-FET progresse.
Image schématique d'un mélangeur subharmonique graphène-FET. Les signaux LO et RF sont transmis aux bornes de grille et de drain, respectivement, et le signal FI est extrait de la borne de drain.
« Les performances du mélangeur peuvent être améliorées en optimisant davantage le circuit, ainsi que la fabrication d'un dispositif G-FET avec un rapport de courant marche-arrêt plus élevé", dit Jan Stake, professeur de l'équipe de recherche. "L'utilisation d'un G‐FET dans cette nouvelle topologie nous permet d'étendre son fonctionnement à des fréquences plus élevées, exploitant ainsi les propriétés exceptionnelles du graphène. Cela ouvre la voie aux futures technologies fonctionnant à des fréquences extrêmement élevées. »
En plus de permettre des circuits compacts, le G-FET offre la possibilité d'atteindre des fréquences élevées grâce à la vitesse élevée du graphène, et le fait qu'un mélangeur sous-harmonique ne nécessite que la moitié de la fréquence de l'oscillateur local (LO) par rapport à un mélangeur fondamental. Cette propriété est intéressante en particulier aux hautes fréquences (THz) où il y a un manque de sources fournissant une puissance LO suffisante.
De plus, le G-FET peut être intégré à la technologie silicium. Par exemple, il est compatible CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) et, entre autres, il peut être utilisé dans l'électronique CMOS pour le traitement backend sur une seule puce.
