Die Signal-Mischung macht’s
Ein subharmonischer Graphen-Feldeffekttransistor mischt Mikrowellen und stellt neuartige elektronische Bauelemente in Aussicht.
In elektronischen Systemen stellen „Mischer“ eine Schlüsselkomponente dar. Sie verbinden mehrere Signale zu ein oder zwei Ausgangssignalen. Künftige Anwendungen im Terahertz-Frequenzbereich wie beispielsweise Radar für sicherheitsrelevante Systeme, Radioastronomie, Prozess- und Umwelt-Monitoring werden große Arrays von Mischern für hochauflösende Bildgebung und schnelle Datenerfassung benötigen. Diese Arrays bestehen dann aus neuen Bauelemente, die nicht nur hochempfindlich sondern auch energieeffizient und kompakt sind.
Abb.: Schema einer subharmonischen Graphen-Fet-Mischers. Das Lokalfrequenz(LO)- und Hochfrequenz(RF)-Signal fließen in das Gate- und Drain-Terminal, das Zwischenfrequenz(IF)-Signal wird aus dem Drain-Terminal gewonnen. (Bild: Chalmers)
Diesen Bedarf könnten Graphen-basierte Bauteile decken. Durch den Feldeffekt ist es ihnen möglich zwischen Elektronen- und Lochleitung zu wechseln und so integrierten Schaltkreise im Radiofrequenz-Bereich als Bausteine zu dienen. Diese symmetrische Ladungscharakteristik nutzten Forscher der schwedischen Chalmers-Universität nun, um einen subharmonischen G-Fet-Mischer zu bauen – und zwar aus lediglich einem Transistor. Damit sind keine Fütterungsschaltkreise nötig, was den Mischer kompakter macht als die gewöhnliche Elektronik.
„Der Einsatz eines G-Fet ermöglicht es uns, das System bei höheren Frequenzen zu betreiben und so die außergewöhnlichen Eigenschaften von Graphen zu nutzen“, sagt Jan Stake, der Leiter des Forscherteams.
Abb.: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines subharmonischen Graphene-Fet-Mischers, der sich zu Nutze macht, zwischen Loch- und Elektronenleitung wechseln zu können. (Bild: Chalmers)
Neben kompakten Schaltkreisen, verspricht der G-Fet schnelle Schaltzeiten – dank der hohen Ladungsträgergeschwindigkeit in Graphen und der subharmonischen Eigenschaft, nur die halbe lokale Oszillator-Frequenz zu verwenden. Das ist besonders für hochfrequente Elektronik im Terahertz-Bereich interessant, da es dort an Quellen mit ausreichender Leistung mangelt. Außerdem lässt sich der G-Fet in die gängige Siliziumtechnik integrieren, beispielsweise ist er mit CMos-Chips kombinierbar.
Chalmers / P. Hummel
