トランジスタがテラヘルツ速度に到達

北京大学、翔潭大学、浙江大学の研究者らは、テラヘルツ（THz）周波数で動作可能な新世代のカーボンナノチューブ（CNT）ベースのMOSFETを開発し、従来のシリコンの限界をはるかに超えてトランジスタの性能を押し上げた。これらのデバイスは、超高速無線通信、高速コンピューティング、次世代レーダー システムへの道を開く可能性があります。

従来のシリコン トランジスタの最大速度は 100 ～ 300 GHz で、現在のワイヤレスおよびコンピューティング アプリケーションには十分ですが、新たな 6G テクノロジーには限界があります。新しく開発された CNT ベースの MOSFET は 1 THz を超え、信号スイッチングを可能にします。

CNT（六方格子に配置された炭素原子の円筒状ナノ構造）は、その並外れた導電性と機械的堅牢性で高く評価されています。研究チームは、半導体CNTのフィルムを整列させることにより、高いキャリア移動度と優れたオン電流および相互コンダクタンスを兼ね備えたMOSFETを製造した。革新的な Y 字型ゲートを含む最適化されたゲート構造により、ゲート長が 35 ～ 80 nm という短いデバイスが製造され、最大 551 GHz のカットオフ周波数と 1 THz を超える最大発振周波数が達成されました。

チームはまた、CNT MOSFETを使用してミリ波（mmWave）高周波増幅器を作成することにより、実用的なアプリケーションを実証しました。これらのアンプは 30 GHz で動作し、21 dB を超えるゲインを実現し、信号強度を確実に 100 倍以上に高めました。このような性能は、デジタル回路だけでなく、超高速無線送信機や受信機などの THz アナログ システムに対する CNT アレイの可能性を浮き彫りにします。

この研究は、慎重な材料調整、ゲートエンジニアリング、および製造の改良により、CNT MOSFET が実験デバイスから次世代エレクトロニクスに対応できる高性能コンポーネントにどのように変換できるかを示しています。将来の研究では、その使用がTHzセンシング、高速データリンク、高度なレーダーシステムに拡張される可能性があり、電子通信の速度と効率が再定義される可能性があります。

「整列したカーボンナノチューブフィルムは、デジタル集積回路とテラヘルツアナログデバイスの両方のバックボーンとして機能する可能性がある」と著者らは指摘し、彼らのアプローチが初期のCNTトランジスタ設計に見られた周波数制限を克服できることを強調した。