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Les transistors atteignent des vitesses térahertz
Des MOSFET à nanotubes de carbone qui fonctionnent au-delà de 1 THz, promettant une communication sans fil ultra-rapide, un calcul à grande vitesse et des systèmes radar de nouvelle génération.
Des chercheurs de l'Université de Pékin, de l'Université de Xiangtan et de l'Université du Zhejiang ont développé une nouvelle génération de MOSFET à base de nanotubes de carbone (CNT), capables de fonctionner à des fréquences térahertz (THz), poussant les performances des transistors bien au-delà des limites conventionnelles du silicium.Ces appareils pourraient ouvrir la voie à des communications sans fil ultrarapides, à des calculs à grande vitesse et à des systèmes radar de nouvelle génération.
Les transistors au silicium traditionnels atteignent une fréquence maximale de 100 à 300 GHz, ce qui est suffisant pour les applications informatiques et sans fil actuelles, mais limité pour les technologies 6G émergentes.Les MOSFET basés sur CNT nouvellement développés dépassent 1 THz, permettant la commutation de signal
Les NTC – nanostructures cylindriques d’atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal – sont appréciés pour leur conductivité électrique et leur robustesse mécanique exceptionnelles.En alignant des films de NTC semi-conducteurs, l’équipe de recherche a fabriqué des MOSFET qui combinent une mobilité élevée des porteurs avec un courant et une transconductance impressionnants.Des structures de grille optimisées, notamment des portes innovantes en forme de Y, ont produit des dispositifs avec des longueurs de grille aussi courtes que 35 à 80 nm, atteignant des fréquences de coupure allant jusqu'à 551 GHz et des fréquences d'oscillation maximales au-delà de 1 THz.
L’équipe a également démontré des applications pratiques en créant des amplificateurs radiofréquence à ondes millimétriques (mmWave) à l’aide de MOSFET CNT.Ces amplificateurs, fonctionnant à 30 GHz, ont généré des gains supérieurs à 21 dB, multipliant de manière fiable la force du signal par plus de cent.De telles performances mettent en évidence le potentiel des réseaux CNT non seulement pour les circuits numériques mais également pour les systèmes analogiques THz, notamment les émetteurs et récepteurs sans fil ultra-rapides.
La recherche démontre comment un alignement minutieux des matériaux, une ingénierie de grille et des améliorations de fabrication peuvent transformer les MOSFET CNT de dispositifs expérimentaux en composants hautes performances prêts pour l'électronique de nouvelle génération.Les travaux futurs pourraient étendre leur utilisation à la détection THz, aux liaisons de données à haut débit et aux systèmes radar avancés, redéfinissant potentiellement la vitesse et l’efficacité des communications électroniques.
"Les films de nanotubes de carbone alignés pourraient servir de base aux circuits intégrés numériques et aux dispositifs analogiques térahertz", ont noté les auteurs, soulignant que leur approche surmonte les limitations de fréquence observées dans les conceptions antérieures de transistors CNT.