瑞典高校实现一个石墨烯晶体管制造微波次谐波混频器

    瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers Universityof Technology）2012年1月3日宣布，利用一个石墨烯晶体管（GFET）便制造出了用于微波用途的次谐波混频器。在利用GFET的微波混频器方面，美国IBM已于2011年6月率先开发出了相关产品，但只具备对输入信号和本地振荡器（LO）的信号实施差分与和分的简单功能。此次制造的次谐波混频器凭借更接近实用水平的设计，并运用石墨烯的双极性（ambipolar）特点，与现有的混频器相比实现了电路构造的大幅简化和小面积化。

    次谐波混频器是从RF信号直接输出基带信号（直接转换方式）或者输出低IF（中频）信号（低IF方式）的常用混频电路之一。LO的频率为fLO、RF信号的频率为fRF时，被输出的IF信号的频率为|fRF－2fLO|。此次制造的次谐波混频器在fRF为2GHz、fLO为1.01GHz时，输出|fRF－2fLO|＝20MHz的IF信号。

    具体的电路构成非常简单。将LO信号施加于源电极接地的GFET栅极电极。另外，向漏电极输入通过高通滤波器（HPF）后的RF信号，将其反射波经由低通滤波器（LPF）作为IF信号取出。次谐波混频器一般会大量采用晶体管，而此次制造的次谐波混频器只用1个GFET即可实现。因此，“与原来的混频器相比，大幅缩小了小面积”（查尔姆斯理工大学）。

    次谐波混频器的工作机制如下：首先，通过用LO信号来调制栅极电极，使石墨烯的电阻值、即GFET的源－漏电极间电阻（Rds）以2fLO频率变化。这是为了利用该GFET具有的双极性，在LO信号振幅的谷点和顶点分别获得Rds峰值。

    由于RF信号被输入漏电极，因此会产生与Rds变化相应的反射波。该反射波与原RF信号的合成波的频率成分为fRF±2nfLO等。其中，fRF－2fLO可用作IF信号。

    采用“机械剥离法”从天然石墨中取得石墨烯，然后将其置于SOI基板上即可制造出GFET。光反射率的检测结果证实，剥离的石墨层即为单层的石墨烯。