万景团队发明一种高增益的石墨烯/硅-绝缘体上硅（SOI）异质共源共栅放大器
发布时间：2024-10-11
随着无线通信技术的快速发展，对高性能射频放大器的需求日益增长。石墨烯场效应晶体管（GFET）因其高载流子迁移率和高截止频率而备受关注，但其低输出阻抗限制了电压和功率增益。为了克服这一限制，复旦大学信息科学与工程学院万景研究团队成功开发了一种高增益的石墨烯/硅-绝缘体上硅（SOI）异质共源共栅（cascode）放大器。研究团队探索了将GFET与SOI-FET结合cascode放大器设计。该研究中，团队开发了一种新的异质集成工艺，将GFET作为输入晶体管，同时采用SOI-FET作为输出晶体管。结合石墨烯晶体管的高跨导和SOI晶体管的高输出阻抗特性，实现了高电压增益。实验结果显示，异质cascode放大器在跨导和输出阻抗方面均有显著提升，通过优化偏置条件，实现了最大电压增益高达80的突破，超越现有独立GFET和SOI-FET器件的性能。其高增益特性预示着在射频领域的重要应用前景。这项工作不仅展示了复旦大学在电子领域的创新能力，也为未来无线通信技术的发展提供了新的方向。近日，该研究成果以“Graphene/Silicon-on-insulator Heterogenous Cascode Amplifier with High Gain”为题发表于微电子器件领域旗舰期刊IEEE Electron Device Letters（doi: 10.1109/LED.2024.3464647）。复旦大学信息学院博士生田甜和微电子学院张瑾姝为该文章的共同第一作者，复旦大学信息学院万景研究员和微电子学院包文中研究员为该文章共同通信作者。
图1.石墨烯/SOI Cascode电路的（a）连接示意图，（b）实验转移特性曲线和（c）实验输出特性曲线。
图2.实验测得的（a）Cascode、GFET 和SOI-FET 的 归一化跨导;(b) Cascode、GFET 和SOI-FET 的输出电阻;（c）从实验数据中提取的Cascode、GFET 和 SOI-FET 增益的比较；（c）优化偏置电压后Cascode增益变化。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科学技术委员会“探索者项目”、上海市自然科学基金等项目的支持。
原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10689431
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