中国科学家在高频晶体管领域取得了重大突破

中国科学家在高频晶体管技术方面取得重大突破，标志着向下一代电子技术迈出了重要一步。这一进展由TV BRICS的合作伙伴 《科技日报》进行了报道。

中国科学院金属研究所（IMR CAS）的研究人员与多家研究机构合作，成功研制出全球首款硅-石墨烯-锗势垒晶体管。该器件实现了创纪录的电流增益和截止频率。这一创新为能够在太赫兹（THz）频段工作的晶体管铺平了道路，而此类晶体管对于未来的6G系统和超高速传感技术至关重要。

随着5G规模化部署和6G前瞻研究加速，业界对能够在超过1太赫兹（THz）频率下工作的晶体管需求日益增长，以支持物联网（IoT）设备、智能传感器和高速通信系统。

近年来，利用石墨烯等二维材料作为基区的垂直二维基区晶体管展现出了广阔前景；然而，界面处的量子隧穿势垒和缺陷等问题导致了显著的载流子散射，从而限制了电流增益和高频性能。

为了应对这一关键挑战，研究团队提出了一种新颖的器件架构。他们利用化学气相沉积（CVD）技术在锗衬底上生长单晶石墨烯层，随后精确堆叠单晶硅薄膜，从而构建出硅-石墨烯-锗垂直异质结构。由此产生的结构利用石墨烯-硅和石墨烯-锗界面处的不对称肖特基势垒，并结合通过石墨烯的量子电容效应来调制功函数（将电子从固体或液体中移除到真空中所需的能量 - 编辑注）。

这种设计使得锗侧的电流变化远大于硅侧，从而实现了高达1.8 × 10⁷的共射极电流增益——这是迄今为止所有晶体管中实现的最高数值。在射频（RF）测量中，该晶体管实现了132 GHz的本征截止频率，性能超越了以往任何基于垂直结构的石墨烯晶体管。进一步的器件建模与分析表明，通过克服技术障碍——具体包括优化材料掺杂浓度、降低接触电阻以及最小化寄生效应——该器件的理论工作频率有望超过1 THz，从而进入太赫兹应用领域。

这项工作为势垒晶体管在射频与太赫兹通信领域中的实际应用奠定了基础，并为未来的物联网、6G传感系统及超高速信号处理开辟了新的技术途径。