Power Amplifier Design'daki İki Boyutlu Malzemeye Giriş

Güç yükselteçleri modern elektronik sistemlerde temel bina bloklarıdır, kablosuz iletişim altyapısından radara, yayına ve tüketici elektroniklerine kadar, güçlendirici tasarımında ilerlemeler büyük ölçüde molybdenum disulfide (MoS2) gibi silikon ve III-V bileşiklerinin ölçeklendirmesini takip etmektedir, Elektronik diselenide (WSe2), TDD (2D) bir çok ilerici bir şekilde ilerici bir şekilde ilerici (Nxagonal) yol açabilir.

Bu atomik olarak ince malzemeler genellikle yüksek oranda kendi yığınlarını üstün kılan özellikleri sergiliyor, örneğin iletkenlik, termal taşıma ve mekanik esneklik. Güç yükselteçleri için, sonuçlar derin: daha yüksek verimlilik, daha geniş bant genişliği, önemli ölçüde azaltılabilir ve aşınma platformları. Araştırma topluluğu ve endüstri hala yolculukta erken olduğunu gösteriyor, ancak yörünge önümüzdeki on yıl içinde güç yükselteçlerinin performans zarfı yeniden şekillendirecek.

2D Malzemenin Temel Özellikleri Güç Amplification

Exceptional Şarj Taşıyıcısı

Grafene, güç yükselticileri ve daha yüksek akım kesintileri sağlayan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, bu, daha az ısı üretimine dayalı bir güç ve genel verimlilik birimine ulaşmanın temel anlamına gelir.Bu özellik doğrudan MoS2 ve kara fosfor gibi daha düşük mobilite sunar, uçlu bir gruptaki avantajları azaltır ve son derece yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılabilir.

Üstün Termal Davranış

Graphene ayrıca 3000 ila 5.000 W /m·K aralığında termal iletkenliği sergiliyor, elması aşıyor ve başka bilinen herhangi bir malzemeyi doğrudan güçlendirici tasarımındaki en kalıcı zorluklarından biri. Heat buildup degrads performans, güvenilirlik azaltır ve tasarımcılar ısıtıcıları ve soğutma sistemlerini birleştirir.Influence ısıtıp ısıtabiliyor.

Mekanik Flexability ve Transistor Scaling

Çünkü 2D malzemeler sadece bir atom kalınlığındadır, onlar doğal olarak esnek ve şeffaftır. Bu, esnek ekranlarda gömülü olabilecek güç yükselteçleri, giyilebilir tıbbi sensörler ve uygun antenler sağlar. Atomik olarak ince doğa da 10 nm altındaki silikon transistörleri acı çekmeden daha uzun süre ölçeklendirmeye olanak sağlar. Güç yükselticileri, daha kısa kapı uzunlukları parasitik kapasitansları azaltır, frekans yanıtını geliştirir ve milimetre-yoğur.

Güç Ampilite Performansı için Grafik ve Diğer 2D Malzemelerin Avantajları

Yüksek Verimlilik ve Linearity

Güç yükselteçlerinde verimlilik, DC gücünün RF çıktı gücüne nasıl dönüştürüldüğüne dair bir ölçüdür.In-ideal transistör davranışı, dirençli kayıplar ve tüm degrad verimliliği nedeniyle termal etkiler. Graphene bazlı transistasyonlar ve yüksek akım doğraşı, bu da doğrudan güç katmalı verimlilik (PAE) özellikle de modern modülasyonlarda önemlidir.

Ultra-Wide Band genişleyen Operasyon

Grafikçilerdeki yüksek hareketlilik ve düşük parasitik kapasite, yazılım tanımlı radyolarda kullanılanlar, test ekipmanları ve elektronik savaş sistemleri üzerinde çalışmalarına izin verir. Wider bantlar için bir oyun değiştiricidir.Bu, geniş bantlar için bir oyun değiştiricidir (SWaP) talep eder.

Kompakt Form Faktörü ve Entegrasyon

Çünkü 2D malzeme katmanları atomik olarak ince, tüm güç yükselteçleri minimum dikey çatı yüksekliği ile inşa edilebilir. Daha önce bahsedilen yüksek termal iletkenlik ile birlikte, bu tasarımcılar, güç amplifikasyonuna daha küçük bir ayak izi içeren daha basitleştirme aşamalarını, tek bir ölü üzerinde Monolithic bütünleme ile mümkün olan.

Güç Ampiifiers 2D materyalini Uygulamada Zorluklar

Synthesis ve Scalable Fabrication

Yüksek kaliteli, büyük koltuklu filmler üniformalı bir engel olarak kalır. Kimyasal buhar ayrıştırma (CVD) henüz ticari olarak olgun değildir, ancak sonuçlanan filmler, pompalı taşıyıcılar ve hareketliliği azaltan tahıl sınırları ile ilgilidir.For MoS2 ve WSe2, meydan okuma daha da büyüktür, kontrol tabaka numarası ve stoichiometry ile kontrol edilen iki boyutlu sentez henüz ticari olarak sınırlı kalacaktır.

Direniş ve Doping Kontrolü

Yüksek mobilitenin faydalarını anlamak için, 2D malzeme ve metal elektrotlar arasındaki temas direnci en aza indirmek gerekir. Pratikte, 10-7 ⁇ cm2 altındaki belirli temas direncine sahip olan ohmik temaslara ulaşmak, özellikle MoS2 gibi geniş bant genişliği 2D yarı iletkenleri kanıtlanmış, doğru ve istikrarlı dopingin mühendisi gerilimler ve taşıyıcı konsantrasyonları optimize etmek için gerekli olduğunu göstermiştir.

Malzeme İstikrar ve Geçme

Graphene'nin kendisi kimyasal olarak istikrarlı, ancak sıfır bantgap doğası yüksek havalimanları kullanarak yüksek havalimanları (ALD) oksitler geliştirilme aşamasındadır.Yüksek elektrik alanları ve yüksek sıcaklıklar altında 2D malzeme cihazlarının geçişleri, güçlendiricisi işlemine genellikle hassastır, ancak zamanla performans bozulmalarına yol açar. Etkili enkapsülasyon programları hBN veya atomik tabaka ayrıştırma (ALD) oksitlerin gelişimine ihtiyacı vardır.

Mevcut yarı iletken süreçleri ile entegrasyon

Güç yükseltici tasarımı izolasyonda gerçekleşmiyor. Bu, sürücü yükselteçleri, karıştırıcılar, intenuatörler ve kontrol mantığı ile birlikte bir araya gelmeleri gerekiyor.2D malzemeler için standart silikon ve GaAs/GaN süreci akışları ile uyumluluk göstermeleri gerekiyor. Bu, termal bütçelere, kimyasal temizlik adımlarına ve lithografi süreçlerine tolerans gerektirir; endüstri mevcut üretim altyapısına ağır bir şekilde yatırım yapmalıdır; herhangi bir yıkıcı materyal, üretim hattının bir kısmını haklı çıkarmak için yeterince performans avantajı sunar.

Mevcut Araştırma Yolları ve Geliştirmeleri

Heteroyapılar ve van der Waals Mühendislik

En heyecan verici gelişmelerden biri, farklı 2D malzemeleri birbirlerinin üstüne dökme yeteneğidir, van der Waals heteroyapıları oluşturmak için.XBN ile grafiker (HEMTs) ile birleştirerek, MoS2 veya siyah phosphorus, araştırmacılar büyük ölçüde yüksek performanslı ve termal özellikler oluşturabilirler.For powerifiers, bu, yüksek çözünürlükte bulunan III-mobilite transistörlerinin tasarımını sağlar.

Graphene Field-Effect Transistors (GFETs) for Millimeter-Wave Power Amplifiers

GFETs, Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles ve Barcelona Bilim ve Teknoloji Enstitüsü gibi grafik yükselticileri (fT) 300 GHz ve en yüksek osilasyon frekansları (fmax) dahil olmak üzere, bu sonuçlar, GaAs ve InP teknolojileri ile rekabet edebilir ve Barcelona Institute of Science and Technology, özellikle de 300 GHz frekansları (fT) tarafından yapılan testler için, 100 GHz frekansları (fmax) 100 GHz'nin üzerinde.

Son zamanlarda GFET kilometrelerinin kapsamlı bir incelemesi için, bkz.FLT:0) Bugün Malzemelerde bu inceleme).

Esnek ve Saykan Güç Amplifiers

2D materyallerin esnekliği, giyilebilir ve taşınabilir cihazlar için tasarlanmış güç yükselteçleri için ideal hale getirir. Araştırmacılar, Grafiksel elektrotlar ve MoS2 aktif tabakaları kullanarak, askeri ve drone uygulamaları için esnek RF elektronik hedeflemeye hazırlar.

Uygulamalar 2D Malzeme Güç Amplifier Development

Sonraki -Generation Te Telekomünikasyon (5G ve 6G)

Daha geniş bant genişliği, yüksek veri oranları ve 5G'deki enerji verimliliği talebi, temel istasyon ve mobil cihaz güç yükselteçleri üzerinde aşırı talepler sunmaktadır.Mevcut GaN ve Si LDMOS teknolojileri, doğrusal olmayan frekanslarda limitlere ve verimlilike ulaşır. 2D malzeme yükselteçleri, ultra geniş bantlı operasyon ve yüksek lineerlik potansiyelleriyle, en zorlu ön uç aşamalar için bir yedek olarak araştırılabilir.

Savunma ve Havacılık Radar Sistemleri

Elektronik savaş ve elektronik olarak taramalı dizi (AESA) radar sistemleri, yüksek doğrusallık ve hızlı geçiş ile geniş bir anlık bant genişliğine sahip olan güçlendiricileri gerektirir.Küresel savunma uygulamaları için termal yönetim zorlukları özellikle de grafiksel iletkenlik bulunabilir. ek olarak, ağırlıkta yükseltici tasarımlardan elde edilen azalma drone dayanıklılık ve uydu yük kapasitesinin artırılmasına olanak sağlar. Lockheed Martin ve Raytheon, hem de RF savunma uygulamaları için 2D malzeme transistörlerine sponsorlu.

Tıbbi Kablosuz Cihazları

Kablosuz hız yapıcılar, sinir kayıtları ve insülin pompaları gibi uygulanabilir tıbbi cihazlar, hem verimli hem de biyoapuzsuz implantlar halinde entegre edilebilir ve biyofazlayıcılar için benzersiz bir kombinasyon sunar. 2D malzemeler, kullanımdan sonra cihazın cerrahi kaldırılması için gerekli olan esnek güç yükselteçleri geliştirir.

Uydu ve Uzay İletişim

Ağırlık ve güvenilirlik, uzay tabanlı yükselteçlerde de önemlidir. 2D malzeme düşük yoğunluk ve yüksek verimlilik doğrudan küçük uydular ve CubeSats için yapılan radyasyon sertliği, bu malzemeler, geleneksel yarı iletkenlere kıyasla daha az enerjik partiküller için hasara duyarlıdır. Avrupa Uzay Ajansı küçük uydular ve CubeSats için birkaç proje finanse etti.

Future Outlook ve Ticarileştirme Zaman Çizelgesi

Orta Döneme Yakın (3 ila 7 Yıl)

Yakın vadede, güç yükselteçlerinde 2D malzeme ticari giriş muhtemelen niş ile sınırlı olacaktır, yüksek çözünürlükte performans avantajlarının daha yüksek maliyetleri haklı çıkardığını varsayabiliriz.Geçmiş iki ila üç yıl içinde grafiksel GaN yükselteçleri görmeyi bekliyoruz.İlk hibrit 2D /III-V güç yükselteçlendirici modülleri yüksek ücretli test ekipmanlarını, askeri radarı veya uydu iletişim yüklerini görmeyi bekleyebilir.Bu muhtemelen grafiksel veya hBN yükselteçleri aktif transistören kanaldan daha iyi bir geliştirme katmanı olarak kullanacak.

Uzun Dönem (7 ila 15 Yıl)

sentez, iletişim direnci ve istikrar sorunları çözüldüyse, 2D malzeme aktif kanallar belirli güçlendirici uygulamaları için III-V materyallerini yerine getirmeye başlayabilir. Esnek ve giyilebilir elektronikler için, zaman çizelgesi daha kısa olabilir, çünkü performans gereksinimleri daha düşük ve esneklik talep daha yüksek. sonuçta, Avrupa'daki sağlam bir şekilde 2D malzeme kabul edilmesi ve endüstri standardına bağlı olarak, bu ilerleme için uygun bir şekilde çalışır.

Elektronikte 2D malzeme ticarileştirilmesinin yol haritasına yönelik bir endüstri perspektifi için, [[ŞUygun Bayraklık'ın teknoloji yol haritası[D 1: 1) atıfta bulun.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç yükseltici tasarımının geleceği, grafikene ve diğer iki boyutlu malzemelerin olağanüstü özellikleri ile yeniden şekillendirilir. benzersiz şarj taşıyıcı hareketliliği, üstün termal iletkenliği ve doğal mekanik esneklik, geleneksel yarı iletken teknolojiler üzerinde inşa edilen güç yükselteçlerine bir yol sunar.

Proton-güdümlü uygulamalar 5G ve 6G Telekomünikasyon, savunma radarı, tıbbi giyilebilirler ve uydu iletişimleri zaten bu ortaya çıkan teknolojiler için güçlü bir çekme sağlamaktadır. sentez teknikleri olgun ve üretim süreçleri, gerekli üniforma ve güvenilirlik, 2D malzeme güç yükselteçleri ticari olarak uygulanabilir bileşenlere geçiş yapacak. Sonraki on yıl boyunca hibrit çözümler yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Daha derin bir teknik inceleme ile ilgilenen okuyucular için, ince makale:0)Doğa Yorumları Malzemeler) alanının mükemmel bir anketini sunar. Ayrıca, endüstriyel görünüme daha kısa bir bakış açısı bulunabilir.IBM Araştırması Graphene ve Beyond).