碳基電子學研究中心張志勇-彭練矛課題組在碳基射頻電子器件研究中取得重要進展_風聞

未來第六代通信技術要求射頻器件和電路的吞吐量、傳輸速度和集成度具有全方位、大幅度的提升，實現射頻/數字單片混合集成芯片是最有吸引力的解決方案。特別是在90 GHz以上工作頻段，硅基CMOS晶體管噪聲太大，無法滿足射頻電路需要，化合物半導體器件技術無法滿足大規模數字集成電路的需求，因此需要新的原理、新的材料、新的器件結構架構來推動通信技術的進一步發展。

半導體碳納米管具有超高載流子遷移率和飽和速度、優異的本徵線性度等電學特徵，並且本徵尺寸小、化學穩定性高、導熱性好、機械強度高，在數字集成電路和射頻電路領域都具有巨大潛力，具備構建射頻/數字電路SOC系統集成平台的優勢，有望為未來6G通信技術提供理想的核心芯片技術。

北京大學電子系碳基電子學研究中心、納米器件物理與化學教育部重點實驗室張志勇教授-彭練矛教授聯合課題組通過改進提純和雙液相自組裝沉積方法，製備了適合射頻應用的半導體陣列碳納米管材料，並在此基礎上首次實現了有望在太赫茲頻段工作的射頻晶體管和高性能放大器，充分展現了碳管在射頻電子學上的優勢和潛力。聯合課題組針對射頻的大規模應用優化了材料製備，採用烷基鏈較少的PCO-Bpy分子經兩次分散提純和雙液相自組裝沉積工藝，在4英寸晶圓上實現了高半導體型純度（>99.99%）、高取向和高密度（100~120根/微米）的碳管陣列的製備，載流子遷移率最高達1580 cm2 V-1s-1。課題組在全絕緣的石英襯底上製備了陣列碳納米管射頻晶體管，其中50 nm柵長器件的實測截止頻率（fT，EXT）和功率增益截止頻率（fMAX，EXT）分別達到了186 GHz和158 GHz，是所有基於納米材料晶體管的最高值。高阻硅襯底的晶體管展示出最高達1.9 mA/µm的開態電流和1.4 mS/µm的跨導（Vds=-0.9V時，），50 nm柵長射頻晶體管的本徵截止頻率（fT，INT）和功率增益截止頻率（fMAX，INT）分別為540 GHz和306 GHz，這表明碳基射頻器件首次進入到了太赫茲頻段。課題組進一步探索了碳基射頻晶體管在射頻放大器中的應用潛力，通過採用多指柵結構提升碳基晶體管的負載驅動能力，實現了碳基放大器在功率增益和線性度上的提升，首次在18 GHz（K波段）實現了高達23.2 dB的增益，線性度測試中實現了> 9 dBm的1 dB壓縮點輸，出功率和OIP3=31.2 dBm的三階交調特性，對應的OIP3/Pdc為19.7 dB@18 GHz，各項關鍵指標均遠高於之前美國南加州大學報道的最好碳基放大器。

​http://news.pku.edu.cn/jxky/d39f340889d642bda159fc670cb4a39d.htm