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HF-Praxis 7/2012

Aus Forschung & Technik

Aus Forschung & Technik Graphene-Mischer macht zukünftige Elektronik schneller Forscher an der Chalmers Universiy of Technology haben zum ersten Mal einen neuen Sub- harmonischen-Graphene-FET- Mischer im Mikrowellenbereich demonstriert. Der Mischer sorgt für neue Möglichkeiten für die zukünftige Elektronik, da er kompakte Schaltungstechnik, das Potenzial für hohe Frequenzen und die Integration mit Siliziumtechnologie bietet. Ein Mischer ist ein Schlüsselbaustein in allen elektronischen Anlagen; er setzt zwei elektronische Eingangssignale in ein oder zwei zusammengesetzte Ausgangssignale um. Zukünftige Anwendungen bei THz- Frequenzen wie Radaranlagen für Schutz und Sicherheit, Radioastronomie, Prozess- und Umweltüberwachung werden große Arrays von Mischern für hochauflösende Bilddarstellung und Hochgeschwindigkeitsdatenerfassung erfordern. Solche Mischer-Arrays oder Multipixel-Empfänger benötigen eine neue Art von Bauteilen, die nicht nur empfindlich sondern auch leistungseffizient und kompakt sind. Die Möglichkeit, in Graphen zwischen Loch- oder Elektron-Trägertransport mit Hilfe des Feldeffekts umzuschalten, eröffnet eine eindeutige Nische für Graphene-Anwendungen bei HF-ICs. Dank dieser symmetrischen elektrischen Eigenschaft gelang es den Forschern in Chalmers einen G-FET-Subharmonischen, ohm´schen Mischer unter Verwendung eines einzigen Graphen ist die Bezeichnung für eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom von drei weiteren umgeben ist, so dass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet. Andre Geim Was ist Graphen? Transistors zu bauen. Daher werden keine Zusatzschaltungen zur Ansteuerung benötigt, im Gegensatz zu herkömmlichen Mischern, so dass sich der Mixer kompakter aufbauen lässt. Als Folge davon belegt der neue Mischertyp auch weniger Platz auf dem Wafer und ermöglicht so die Herstellung modernster Sensor-Arrays, z.B. für das Imaging bei Millimeterwellen bzw. sogar Sub-Millimeterwellen, wenn die G-FET-Technologie fortschreitet. Zusätzlich zu der Möglichkeit, kompakte Schaltungen zu realisieren, hat der G-FET auch das Potenzial hohe Frequenzen zu erreichen, dank der hohen Ladungsträgergeschwindigkeit in Graphen. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass ein Subharmonischen-Mischer nur die halbe Frequenz des lokalen Oszillators (LO) im Gegensatz zu einem Grundwellenmischer und Konstantin Novoselov gaben 2004 die Darstellung freier, einschichtiger Graphenkristalle bekannt. Sie wurden 2010 für ihre Untersuchungen mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. (Quelle: Wikipedia) Schematische Abbildung eines Subharmonischen-Graphen- FET-Mischers. Die LO- und HF-Signale werden in die Gateund Drain-Anschlüsse eingespeist, das ZF-Signal wird am Drain-Terminal abgenommen. (Bild: Chalmers University of Technology) benötigt. Diese Eigenschaft ist besonders bei sehr hohen Frequenzen (THz) attraktiv, wo es noch einen Mangel an Signalquellen gibt, die genügend LO- Leistung bereitstellen. Darüber hinaus kann der G-FET mit Siliziumtechnologie integriert werden. Z.B. ist er CMOS-kompatibel und kann u.a. auch in CMOS-Elektronik für die Weiterverarbeitung auf einem einzelnen Chip verwendet werden. ■ Chalmers www.chalmers.se 6 hf-praxis 7/2012

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