Китайские ученые создали рекордно быстрый транзистор для связи будущего 6G

Китайские ученые разработали новый тип транзистора, который работает на рекордно высоких частотах. Эта разработка приближает создание систем связи 6G и сверхбыстрых датчиков. Об этом сообщает газета «Кэцзи жибао», партнер TV BRICS. 

Специалисты из Института исследования металлов Китайской академии наук совместно с другими научными центрами создали первый в мире транзистор с барьерами из кремния, графена и германия. В ходе испытаний устройство показало самую высокую среди всех подобных транзисторов способность усиливать ток и достигло собственной частоты отсечки 132 гигагерца. Это лучший результат для вертикальных двухмерных транзисторов на основе графена.

С развитием сетей 5G и подготовкой к развертыванию 6G обычные транзисторы уже не справляются с растущими требованиями. Умным датчикам, интернету вещей и высокоскоростной связи нужны транзисторы, способные работать на частотах свыше 1 терагерца. В последние годы большое внимание уделялось вертикальным двухмерным транзисторам с базовым слоем из двухмерных материалов, таких как графен, однако проблемы квантового туннелирования и дефектов на границе раздела приводят к сильному рассеянию носителей заряда, что ограничивает коэффициент усиления по току и высокочастотные характеристики.

Китайские ученые решили эту проблему с помощью новой архитектуры. Они вырастили монокристаллический слой графена на подложке из германия, а затем точно нанесли кремниевые пленки, создав высококачественную вертикальную гетероструктуру кремний-графен-германий. Полученная структура использует асимметричный барьер Шоттки (потенциальный барьер, появляющийся в приконтактном слое полупроводника, граничащего с металлом) на границах раздела графен-кремний и графен-германий в сочетании с эффектом квантовой емкости графена (особенность графена, при которой его электростатическая емкость зависит не только от геометрии, но и от плотности электронных состояний) для модуляции работы выхода (энергии, необходимой для удаления электрона из твердого тела или жидкости в вакуум).

Такая конструкция обеспечивает значительно большее изменение тока на стороне германия, чем на стороне кремния, что приводит к коэффициенту усиления по току в режиме общего эмиттера до 1,8 × 10⁷. Это абсолютный рекорд среди всех транзисторов на сегодняшний день.

Дальнейшее моделирование условий и анализ устройства показывают, что после устранения оставшихся технических препятствий – оптимизации легирования материала, снижения контактного сопротивления и минимизации паразитных эффектов – рабочая частота устройства может превысить 1 терагерц. Это открывает путь к практическому применению таких транзисторов в радиочастотной и терагерцовой связи, а также в сенсорных системах 6G и сверхскоростной обработке сигналов.