瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers Universityof Technology)2012年1月3日宣布,利用一個石墨烯晶體管(GFET)便制造出了用于微波用途的次諧波混頻器。在利用GFET的微波混頻器方面,美國IBM已于2011年6月率先開發出了相關產品,但只具備對輸入信號和本地振蕩器(LO)的信號實施差分與和分的簡單功能。此次制造的次諧波混頻器憑借更接近實用水平的設計,并運用石墨烯的雙極性(ambipolar)特點,與現有的混頻器相比實現了電路構造的大幅簡化和小面積化。
次諧波混頻器是從RF信號直接輸出基帶信號(直接轉換方式)或者輸出低IF(中頻)信號(低IF方式)的常用混頻電路之一。LO的頻率為fLO、RF信號的頻率為fRF時,被輸出的IF信號的頻率為|fRF-2fLO|。此次制造的次諧波混頻器在fRF為2GHz、fLO為1.01GHz時,輸出|fRF-2fLO|=20MHz的IF信號。
具體的電路構成非常簡單。將LO信號施加于源電極接地的GFET柵極電極。另外,向漏電極輸入通過高通濾波器(HPF)后的RF信號,將其反射波經由低通濾波器(LPF)作為IF信號取出。次諧波混頻器一般會大量采用晶體管,而此次制造的次諧波混頻器只用1個GFET即可實現。因此,“與原來的混頻器相比,大幅縮小了小面積”(查爾姆斯理工大學)。
次諧波混頻器的工作機制如下:首先,通過用LO信號來調制柵極電極,使石墨烯的電阻值、即GFET的源-漏電極間電阻(Rds)以2fLO頻率變化。這是為了利用該GFET具有的雙極性,在LO信號振幅的谷點和頂點分別獲得Rds峰值。
由于RF信號被輸入漏電極,因此會產生與Rds變化相應的反射波。該反射波與原RF信號的合成波的頻率成分為fRF±2nfLO等。其中,fRF-2fLO可用作IF信號。
采用“機械剝離法”從天然石墨中取得石墨烯,然后將其置于SOI基板上即可制造出GFET。光反射率的檢測結果證實,剝離的石墨層即為單層的石墨烯。