微型忆阻射频开关无需供电可保持工作状态

射频开关这一关键组件，正逐渐成为5G/6G芯片设计中最为棘手的瓶颈之一。2G时代，一个收发单元仅需4个开关；到了5G，数量可能激增至50甚至上百个。随着开关数量的增加，芯片面积、制造成本和功耗都随之攀升。近期，由新加坡国立大学主导的国际研究团队在《自然》杂志上发表了一项新成果：他们研发出一种具备“记忆”功能的微型开关，显著推动了这一难题的解决。

首先需要了解射频开关的作用。它如同无线系统中的信号交通指挥员，负责决定信号传输路径与通断。传统开关一旦断电便会“失忆”，每次重新上电都需要重新配置，导致功耗居高不下。而此次研究团队的创新思路是：将忆阻型射频开关——即一种能在断电后保持配置状态、具有记忆功能的器件——集成到通信芯片中。

核心材料采用了六方氮化硼（hBN），这是一种二维材料。研究团队将厚度仅为8纳米的hBN薄膜夹在两层金电极之间，作为开关的核心结构。当施加短暂的电脉冲时，hBN内部会形成或断裂纳米尺度的导电通道，从而改变器件的电阻状态。更为巧妙的是，电脉冲消失后，该状态能够持续保持——这正是“记忆”能力的体现。

从尺寸对比来看，差异极为显著。单个hBN开关尺寸仅为2微米×2微米，而传统射频开关至少需要0.1平方毫米，相当于前者的2.5万倍。研究团队将这套忆阻开关直接集成到商用的氮化镓芯片平台上，并成功实现了可重新配置的单片微波集成电路（MMIC）。测试显示，该器件能够在高达100吉赫兹的频率范围内稳定工作——不仅完全覆盖5G频段，还能满足6G探索阶段的频段需求。其中性能最优的串联开关，信号损耗仅为0.3分贝。

仅有开关还不够，还需验证其在实际电路中的表现。研究团队将忆阻开关集成到衰减器、功率分配器以及滤波器等组件中。在滤波器方面，实现了6吉赫兹的频率调节，证明了该器件不仅可以作为独立功能单元，还能支撑完整的射频电路功能。

下一步的研究方向也十分明确：团队计划直接在氮化镓芯片上生长hBN材料，以省去复杂的转移工序，同时通过优化电极结构和芯片表面处理来提升器件寿命。此外，他们还将利用计算模型辅助设计更大规模的电路，在正式制造前预测性能表现。

总体而言，这款微型忆阻开关成功降低了射频芯片的尺寸与功耗——对于5G及未来6G系统中动辄需要数十甚至上百个开关的场景，这一技术方向无疑值得持续关注。