中国科学院金属研究所科研团队在高频晶体管领域实现重大技术突破。由孙东明、刘驰研究员领衔的联合研究组，携手国内多家科研机构成功研制出全球首款通过射频测试的硅-石墨烯-锗势垒晶体管。该成果不仅刷新了垂直二维基区晶体管的本征截止频率纪录，更创造了1.8×10⁷的共射极电流增益世界新高，相关论文近日发表于国际权威期刊《自然·通讯》。
面对5G全面商用与6G技术预研带来的新挑战，物联网设备与高速通信系统对晶体管工作频率提出突破1太赫兹的严苛要求。传统垂直二维基区晶体管虽采用石墨烯等新型材料，但界面量子隧穿效应与晶体缺陷引发的载流子散射问题，始终制约着器件的高频性能与电流增益提升，成为制约技术发展的关键瓶颈。
研究团队创新性地提出三维异质集成架构，通过化学气相沉积技术将晶圆级单晶石墨烯直接外延生长于锗衬底表面，随后精准堆叠单晶硅薄膜，构建出硅-石墨烯-锗垂直异质结构。这种设计巧妙利用石墨烯与硅、锗界面形成的不对称肖特基势垒，结合石墨烯特有的量子电容效应实现功函数精准调控。实验数据显示，锗端电流变化幅度较硅端提升两个数量级，从而获得突破性的电流增益表现。
射频实测表明，该器件本征截止频率达132吉赫兹，较现有垂直二维基区晶体管提升30%以上。通过器件建模与参数优化分析，研究证实通过调控材料掺杂浓度、降低接触电阻及抑制寄生效应，其理论工作频率可突破1太赫兹门槛。这项突破为高频势垒晶体管在射频通信与太赫兹成像领域的应用开辟了新路径，特别为6G时代超高速传感系统与信号处理芯片提供了关键技术支撑。
