近日，中国科学院金属研究所科研团队联合多家单位，在高频晶体管领域取得重要突破，成功研制出一种新型高频晶体管——“硅-石墨烯-锗”势垒晶体管。该器件创造了晶体管电流增益的世界最高值，为未来太赫兹通信、6G技术及超高速传感系统提供了全新器件方案。相关成果近日在国际学术期刊《自然·通讯》发表。
随着5G规模化部署和6G前瞻研究加速，物联网、智能传感和高速通信对晶体管的运行速度提出了严苛要求——电流增益截止频率需突破1太赫兹。然而，传统高频晶体管受限于各种限制，难以迈入太赫兹频段。
针对该领域的各种技术难题，我国科研团队提出了一种全新的高频器件架构，将晶圆级单晶单层石墨烯通过化学气相沉积外延生长于锗衬底上，再精确堆叠单晶硅膜，构筑出高质量的“硅-石墨烯-锗”垂直异质结构。利用石墨烯与硅、锗界面形成的不对称肖特基势垒以及石墨烯的量子电容效应，实现了高电流增益与高频工作。该器件架构使得锗端的电流变化幅度远大于硅端，从而产生了1.8×10⁷的共射极电流增益，是目前已报道晶体管中的最高纪录。进一步的器件建模与仿真分析表明，通过优化材料掺杂浓度、降低接触电阻及缩减寄生效应，该器件的理论工作频率有望突破1THz，进入太赫兹应用频段。
此项工作不仅为势垒晶体管在射频与太赫兹通信领域的实际应用奠定了坚实基础，也为未来物联网、6G传感系统及超高速信号处理开辟了一条全新的技术路径。