Интегрированные схемы, основанные на 2D -полупроводнике, работающем на GHz частотах

Высокопроизводительный кольцевой генератор кольца MOS2 на основе конструкций устройств с воздушным зазором.Кредит: Fan et al.

Транзисторы являются важными электронными компонентами, которые регулируют, усиливают и управляют потоком тока внутри большинства существующих устройств.В последние годы инженеры по электронике пытались выявить материалы и стратегии проектирования, которые могут помочь дальнейшему повышению производительности транзисторов, а также уменьшить их размер.

Двумерные (2D) дихалькогениды переходных металлов обладают некоторыми выгодными свойствами, которые могут помочь улучшить возможности транзисторов.Хотя прошлые исследования продемонстрировали потенциал этих материалов в отдельных транзисторах, их использование для разработки целых интегрированных цепей (ICS), которые работают на высоких частотах, оказалось сложным.

Исследователи из Университета Нанкин в Китае недавно создали новые ICS, которые могут работать на частотах GHZ, основанные на 2D -полупроводниковом материале монослое молибден дисульфид (MOS2).Их устройства, представленные в документе с электроникой природы, полагаются на полевые транзисторы на основе MOS2 (FET).

«С момента отчета первого транзистора MOS2 в 2012 году [большой прогресс] был достигнут»,-сказал Tech Xplore [Hao Qiu, соавтор документа Хао Цю.«Однако большая часть [этого прогресса] на уровне устройства. На уровне схемы частота работы была ограничена 13 МГц, что намного ниже, чем технология CMOS, а также технология углеродных нанотрубок».

Основной целью недавнего исследования Цю и его коллег было реализовать быстрый IC на основе полупроводников, который выходит за рамки частот ГГц.Для этого команда сначала изготовила кольцевой генератор (RO), настраиваемую электронную схему, которая производит сигналы на определенной частоте с использованием транзисторов на основе MOS2.

«RO был построен путем каскадного пять инверторов на кольце, и выход был прочитал через буфер», - объяснил Цю.”Каждый инвертор был построен из FET усовершенствования (E) -моде в качестве привода и истощения (D) -мода с помощью затвора и исходных клемм, соединенных как нагрузка.Непреднамеренное допинг во время изготовления.

Исследователи оценили свой IC в серии тестов и обнаружили, что он может работать на частотах до 2,65 ГГц.Они также запускают серию компьютерных симуляций, которые продемонстрировали масштабируемость их дизайна и его потенциал для достижения целей, установленных в отрасли на 2031 год.

«Мы приняли стратегию кооптимизации Design-Technology (DTCO) и продемонстрировали двухмерные полупроводниковые интегрированные цепи, которые могут работать в режиме GHZ»,-сказал Цю.«Наша работа подчеркивает критическую роль DTCO в повышении производительности 2D полупроводникового уровня цепи».

Новый дизайн, представленный этой командой исследователей, в конечном итоге может внести свой вклад в будущее улучшение и масштабирование ICS.В своих следующих исследованиях Цю и его коллеги планируют продолжать работать над своими устройствами, чтобы еще больше повысить их производительность, облегчить их масштабное изготовление и обеспечить их интеграцию с существующей электроникой.

«В дополнение к повышению уровня интеграции, мы находимся на пути к дальнейшей оптимизации производительности, мощности и площади 2D -полупроводниковой интегрированной цепи», - добавил Цю.

Больше информации: Dongxu Fan и др., Двумерные полупроводниковые интегрированные цепи, работающие на частотах Gigahertz, Nature Electronics (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01052-5

© 2023 Science X Network