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透明可撓的全石墨烯數位調制器問世

2012/09/09 | | 標籤:

美國研究人員研發出第一個具有彈性且透明的全石墨烯(graphene)數位調制器。此元件可望應用於許多領域,包含高速資料通訊電路、可撓式太陽電池、顯示器、電子紙以及智慧型服裝等。

石墨烯是單原子厚的平面碳材料,具有蜂巢狀晶格結構及許多獨特的電子與機械性質。例如,石墨烯極高的載子遷移率使其可作為超快電晶體的內連線材料以及通道材料;透明的石墨烯從可見光到中紅外光波段的光學性質也非常吸引人,而石墨烯具備機械彈性卻又極為強韌則是另一重要優點。

此研究由密西根(Michigan)大學的Zhaohui Zhong團隊所完成。Zhong表示,此研究成果對於結合高速通訊與可撓透明平台是相當重要的進展,而實驗中僅使用兩個石墨烯電晶體便達成四位元數位調變功能,更是全石墨烯高速資料通訊電路上的重要里程碑。他們的調制器包含電晶體通道、內連線、負載電阻及源/汲/閘極電極全部由石墨烯元件組成,利用石墨烯電晶體特有的「雙極性」(ambipolar)閘極響應進行數位訊號的編碼。雙極性意指材料內的電子與電洞皆能傳導電流,只需改變閘極偏壓便可切換使用的載子種類;相形之下,一般半導體中的載子種類在摻雜時便已決定。

大多數的調變技術是藉由改變載波信號的振幅、頻率、相位或以上三者來處理資訊。改變一個參數可以用來表示二位元資訊(0與1),結合兩種以上的二位元調制方式,便能用來表示四位元資訊(00, 01, 10及11),此即密西根團隊的石墨烯數位調製器的編碼運算方式。

Zhong表示,四位元調制方式如四重相偏移調變(Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK),是高效率編譯方法的主要建構基石,這些較高效率的編譯方式已廣泛使用於今日的電信通訊標準中。該團隊已使用此透明全石墨烯調制器執行QPSK,這顯示此類元件在可撓式無線通訊應用上極為看好;相形之下,一般以矽材料製作的調制器不具彈性,因此無法應用於可撓式電子設備上。另外,拜雙極性之賜,此調變器僅須使用兩個石墨烯電晶體,大幅化簡了電路的複雜度。

受到此初期實驗結果的激勵,該團隊打算進一步改良此石墨烯電路,使其能在十億赫茲(GHz)的頻率下工作。詳見Nature Communications|DOI:10.1038/ncomms2021。

譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:劉家銘

資料來源:Digital modulator goes transparent. NanoTech [Aug 23, 2012]

轉載自 奈米科學網

 

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