我国科研人员研制新型高频晶体管刷新全球纪录
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。
在高频领域，一个关键指标正反复被提及：太赫兹。5G铺设尚在推进，但下一代通信对晶体管的工作频率提出了更高要求——突破1太赫兹，这是通往6G的重要关口。近日，中科院金属所联合团队带来了一个重要突破。
先说几个核心判断：他们研制出了全球首款实现射频测试的硅-石墨烯-锗势垒晶体管，这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。相关成果已发表于《自然·通讯》。
问题的关键在哪？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，理论上很有前景，但现实总比理论复杂一点。界面处的量子隧穿势垒和缺陷，就像路障一样，长期阻碍载流子通过，导致严重的散射。这才是困扰电流增益和高频性能的根本所在。
既然问题出在界面上，那就从界面入手。研究团队这次的做法很有想法——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，利用石墨烯在硅和锗两侧形成不对称的肖特基势垒。配合石墨烯自身的量子电容效应，使得锗一端的电流变化远超硅一端，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了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。这无疑是一个相当扎实的进步。而更令人关注的是，仿真分析表明，通过优化材料掺杂浓度、降低接触电阻和缩减寄生效应，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？它给出了一个明确的信号：这种势垒晶体管的设计思路，在加速物联网、6G感知以及超高速信号处理方面，具备实际的应用潜力。这个方向，值得继续关注。
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