我国科研人员研制新型高频晶体管再创全球纪录
中科院金属所联合团队研制出全球首款实现射频测试的硅-石墨烯-锗势垒晶体管，刷新垂直二维基区晶体管截止频率纪录，并创下1 8×10⁷的电流增益最高水平。射频实测截止频率达132GHz，理论可突破1太赫兹，为6G通信提供新思路。
在高频技术领域，一个核心指标正被业界反复聚焦：太赫兹。尽管5G网络铺设仍在推进，但下一代通信对晶体管的工作频率提出了更高标准——突破1太赫兹，这被视为通往6G通信的关键里程碑。近日，中国科学院金属研究所联合团队在此方向取得了重要进展。
先给出几项关键结论：他们成功研制出全球首款实现射频测试的硅-石墨烯-锗势垒晶体管，这一成果不仅刷新了垂直二维基区晶体管的截止频率纪录，还创下了电流增益的全球最高水平。相关研究论文已发表于《自然·通讯》。
技术瓶颈究竟在哪里？长期以来，利用石墨烯这类二维材料作为基区的垂直晶体管，在理论上极具前景，但现实往往比理论更为复杂。界面处的量子隧穿势垒和结构缺陷，如同路障一般，持续阻碍载流子通过，引发严重散射。这正是制约电流增益与高频性能的根本原因所在。
既然问题源于界面，那就从界面入手突破。研究团队此次采用的策略颇具巧思——他们将高质量的晶圆级单晶石墨烯，通过化学气相沉积外延生长在锗衬底上，再精准堆叠一层硅膜，构建出一种“三明治”结构。关键在于，借助石墨烯在硅和锗两侧形成不对称的肖特基势垒，同时利用石墨烯自身的量子电容效应，使锗一端的电流变化远超硅一侧，最终实现了1.8×107的共射极电流增益——这是目前已报道晶体管中的最高值。
在射频实测中，这款晶体管的本征截止频率达到132 GHz，超越了此前所有同类垂直二维基区晶体管的最高水平，这无疑是一个扎实的进步。更令人关注的是，仿真分析表明，通过优化材料掺杂浓度、降低接触电阻以及缩减寄生效应，其理论工作频率完全有可能突破1太赫兹，进入真正的太赫兹应用频段。这意味着什么？它释放出一个清晰信号：这种势垒晶体管的设计思路，在加速物联网应用、6G感知以及超高速信号处理方面，具备切实的落地潜力。这一方向，值得持续跟踪关注。
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