Operaatiovahvistin 2D-puolijohteesta

Operaatiovahvistimen mikroskooppikuva: 64 operaatiovahvistinta ja testirakenteita (vasen kuva) sekä zoomaus yhteen operaatiovahvistimeen, joka sisältää 12 MoS2-transistoria (oikea kuva).

Suurempi kuva

Suurin osa nykyisistä analogiapiireistäkin on valmistettu piistä. Yhä monipuolisempaan laitevalikoimaan integroitavan elektroniikan kysynnän kasvun vuoksi tutkijat ovat viime aikoina alkaneet tutkia mahdollisuutta valmistaa analogisia komponentteja vaihtoehtoisilla materiaaleilla.

Yksi luokka lupaavia materiaaleja tähän tarkoitukseen ovat kaksiulotteiset puolijohteiset siirtymämetallidikalkogenidit (TMD), kuten molybdeenidisulfidi (MoS2). Näillä materiaaleilla on useita edullisia ominaisuuksia, kuten hyvä sähköstaattinen hallinta, mekaaninen taipuisuus ja luontainen ohuus.

Wienin teknillisen (TU Wien), Pisan sekä Wuppertalin yliopistojen ja AMO GmbH:n tutkijat ovat äskettäin valmistaneet analogisen operaatiovahvistimen 2D-puolijohteesta MoS2.

TU Wienin Thomas Müllerin johtaman tutkijaryhmän osoittama ensimmäinen MoS2:een perustuvan operaatiovahvistin on virstanpylväs kohti kaksiulotteisten materiaalien tosielämän sovelluksia. Tutkimus osoittaa MoS2-tekniikan hyvän toistettavuuden ja prosessikypsyyden. Jopa ryhmän toteuttamien MoS2-piirien rakenteellinen vaihtelu on verrattavissa piiteknologialla saavutettuun.

Operaatiovahvistimet ovat peruselementti analogiselle elektroniikalle. Lukuisat toiminnot - yksinkertaisista vahvistimista monimutkaisempiin järjestelmiin, kuten summaimet, integraattorit, erottimet ja puskurit voidaan toteuttaa operaatiovahvistimella.

Tämän tutkimuksen näkökulmasta operaatiovahvistimet ovat ratkaiseva tekijä joustavien 2D-materiaaleihin perustuvien piirien kehittämisessä. Ne ylittävät rajoitukset, joissa 2D-materiaaleihin perustuvat anturit ovat yhteydessä perinteisiin piipohjaisiin komponentteihin.

"Operaatiovahvistimemme vahvistus ei vielä ole yhtä suuri kuin kaupallisissa piilaitteissa", sanoo Thomas Müller, "mutta uskomme, että vikasietoisempi suunnittelu, parannukset prosessoinnissa ja materiaalien laadussa ja mikä tärkeintä, CMOS-teknologian kehittäminen 2D-materiaaleilla tuo sen kilpailukykyiselle tasolle, toteaa Müller AMO GmbH:n julkaisemassa tiedotteessa.

Uuden operaatovahvistimen vahvistus on 36 dB mutta se on tähän mennessä suurin arvo ohutkalvotransistoritekniikalla, joka on joustavan elektroniikan taustalla oleva tekniikka.

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteiset lähempänä käytäntöä

Pietsosähköisyyttä 2D-puolijohteessa