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可以预判的是,基于SiC的石墨烯制备方法将率先商业化应用。
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IBM使用石墨烯制造模拟IC,与电感器等实现“混载”
美国IBM公司于当地时间2011年6月9日宣布,在SiC晶元上集成使用石墨烯作为通道的晶体管(GFET)和电感器,制作出了最大工作带宽超过10GHz的混频器IC。详细内容已经在2011年6月10日的学术杂志《科学》(Science)上发表(论文)。
混频器是无线通信电路中用于调制频率的重要电路。这次的混频器IC由1个栅极长为550nm的GFET、2个电感器以及4个端子焊盘组成。电感器采用了当局部振荡器(LO)的频率为5GHz左右时,转换损耗最小的设计。1枚芯片的尺寸约为900μm×600μm。
工作情况基本与设计相符,在输入4GHz LO频率和3.8GHz模拟信号时,输出了7.8GHz的频率和以及200MHz的频率差。高次谐波在与GFET连接的电感器上获得了大幅衰减。
该IC的寄生电容影响和特性温度依赖性较小。而且还具备无需外置被动部件的特征。温度依存性更是远小于一般的混频器IC,即使把温度从300K提高到400K,转换损耗的变化也不到1dB,无需补偿电路。当LO频率为4GHz时,转换损耗为27dB。
论文指出在此之前,能够在数GHz下工作的混频器已经有基于GaAs的类型。GaAs混频器在LO为1.95GHz时,转换损耗为7dB。但另一方面,由于无法混载电感器等元件,因此需要外置被动部件。
使用SiC热分解法制造GFET
使用GFET制作混频器电路此前也曾有过先例。但形成石墨烯薄膜的方法大多是利用胶带从石墨上剥离石墨烯的机械式剥离法和CVD法。而且,使用这些方法时,GFET呈现两极性,会根据加载的栅极电压,转变为n型或p型。
此次,IBM使用SiC分解法,在SiC晶元上形成了2~3层石墨烯薄膜。此时,GFET只显示n型特性。
SiC热分解法是把SiC基板的表面加热到1400℃以上,只使Si脱离的方法。在形成石墨烯薄膜后,向其表面涂布PMMA,进而形成HSQ(hydrogen silsesquioxane)薄膜的。此时,使用电子光束(EB),通过光刻形成图案。当EB照射到HSQ时,会产生氧等离子。氧等离子与石墨烯的C发生反应,从而形成图案。
端子焊盘和栅极电极使用的是Pd和Au,GFET的绝缘层使用的是Al2O3。电感器是叠加Al层之后,通过利用EB形成图案制成的。(记者:野泽 哲生)
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单层碳原子制成的石墨烯,自旋速度最快,超过任何已知宏观物体。来源:马里兰大学
纳米科技中心(CNST:Center for Nanoscale Science and Technology)领导的一项合作是与美国马里兰大学(University of Maryland)和得克萨斯大学(University of Texas)进行的,他们计算出,几层石墨烯中,不同层电子间的静电相互作用如何影响顶层的属性。
石墨烯首次从散装石墨中提取出来是在2004年,从那时候起,它一直处于重大科学进步和技术开发的中心。
有一种特别有希望的材料,就是石墨烯生长在碳化硅(SiC)晶体表面,这需要从基质中升华硅,通常会生长出数层石墨烯薄片。
不同于石墨晶体,这些层相互之间会旋转,这样,原子就排不成一行。这种旋转有意想不到的后果,就像最近在扫描隧道显微镜测量中发现的,这一测量就是在纳米科学和技术中心进行的。
在强磁场和低温状态,顶层的性能在很多方面像一层孤立的石墨烯片,但这层薄片上的电荷可转移到其他层。
测量结果还表明,在研究的最高磁场中,实测光谱有一种光隙(gap)无法解释,因为他们是用简单的系统单粒子描述来解释;顶层的电子会与其他电子相互作用,这些电子或者在同一层,或着在其他层。
经过解释几个方面的实验数据,最新的计算揭示,电子如何在层与层之间转移,以及在适当的条件下,一个种“关联状态” 如何形成,这种状态是在顶层和其他层的电子之间形成。
虽然需要另外的实验和理论研究来证实这种解释,但是,这项工作进一步证实,出现了各种不同的有趣现象,石墨烯的科学谜团被层层剥离。
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