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新型半導體技術或將助力6G交付

6g布里斯托大學半導體

新型半導體技術或將助力6G交付

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新型半導體技術或將助力6G交付

新型半導體技術或將助力6G交付 。
未來半導體器件的藝術圖像 ， 該器件將有助于實現6G技術 。 圖片來源：布里斯托大學
【新型半導體技術或將助力6G交付】布里斯托大學的一個團隊開發了 SLCFET ， 這是一種突破性的晶體管結構 ， 利用 GaN 材料中的鎖存效應來提高速度和功率 ， 推動 6G 的未來發展 。
自動駕駛汽車可以消除交通擁堵 ， 足不出戶即可立即獲得醫療診斷 ， 或者感受到遠在大洲彼岸的親人的觸摸 ， 這些聽起來可能像是科幻小說 。
然而 ， 得益于半導體技術的突破性突破 ， 布里斯托大學牽頭并發表在《自然電子》雜志上的一項新研究可能會使這些可能性更接近現實 。
這些未來概念依賴于遠超現有網絡速度的海量數據通信和傳輸能力 。 為了實現這一目標 ， 物理學家開發了一種創新方法 ， 可以加速眾多用戶之間的數據傳輸 ， 甚至可能達到全球范圍 。
創新驅動無限可能布里斯托大學物理學教授、該研究的共同主要作者馬丁·庫巴爾（Martin Kuball）表示：“未來十年內 ， 那些此前幾乎難以想象的技術將廣泛普及 ， 徹底改變人類的各項體驗 。 其潛在的益處也同樣深遠 ， 包括遠程診斷和手術帶來的醫療保健進步、虛擬教室 ， 甚至虛擬假日旅游 。 ”

布里斯托大學設備熱成像與可靠性中心（CDTR）的馬丁·庫巴爾教授 ， 該中心匯聚了來自世界各地的科學家 ， 致力于開發下一代半導體電子設備 。 圖片來源：布里斯托大學
此外 ， 高級駕駛輔助系統在提升道路安全和工業自動化效率方面也擁有巨大潛力 。 6G 應用潛力無窮 ， 唯有人類的想象力才能發揮其最大作用 。 因此 ， 我們創新的半導體發現令人振奮 ， 并將有助于快速、大規模地推動這些發展 。
人們普遍認為 ， 從 5G 邁向 6G 需要半導體技術、電路、系統和相關算法的重大升級 。 例如 ， 其中的關鍵半導體元件——由氮化鎵 (GaN) 材料制成的射頻放大器——必須顯著提高速度、產生更大功率并提高運行可靠性 。
釋放下一代放大器的力量由國際科學家和工程師組成的團隊測試了一種新的架構 ， 該架構顯著提升了GaN放大器的性能 。 這一突破得益于GaN中鎖存效應的發現 ， 該效應顯著提升了射頻器件的性能 。 這些下一代器件采用并行通道 ， 需要亞100納米側鰭——一種控制電流流經器件的晶體管 。
論文共同第一作者、布里斯托大學名譽研究員阿基爾·沙吉博士解釋說：“我們與合作伙伴合作 ， 試行了一種名為超晶格城堡場效應晶體管 (SLCFET) 的器件技術 。 該技術中 ， 超過 1000 個寬度小于 100 納米的鰭片用于驅動電流 。 盡管 SLCFET 在 W 波段頻率范圍（相當于 75 千兆赫至 110 千兆赫）內展現出了最高的性能 ， 但其背后的物理原理尚不清楚 。 ”
“我們認識到這是 GaN 中的鎖存效應 ， 它使得高射頻性能成為可能 。 ”
發現并驗證閂鎖效應研究人員隨后需要同時使用超精密電測量和光學顯微鏡來精確定位這種效應發生的位置 ， 以便進一步研究和理解 。 在分析了1000多個魚鰭后 ， 研究結果發現 ， 這種效應發生在最寬的魚鰭上 。
庫巴爾教授同時也是皇家工程院新興技術主席 ， 他補充道：“我們還使用模擬器開發了一個3D模型 ， 以進一步驗證我們的觀察結果 。 下一個挑戰是研究閂鎖效應在實際應用中的可靠性 。 對該器件進行了長期嚴格的測試 ， 結果表明它不會對器件的可靠性或性能產生不利影響 。 ”
我們發現 ， 推動這種可靠性的關鍵因素是每個鰭片周圍都有一層薄薄的介電涂層 。 但主要的結論很明確——閂鎖效應可以用于無數的實際應用 ， 并可能在未來以多種不同的方式改變人們的生活 。
展望未來的應用下一步工作包括進一步提高設備的功率密度 ， 從而提供更高性能 ， 服務更廣泛的用戶 。 行業合作伙伴也將把這些下一代設備推向商業市場 。
布里斯托大學的研究人員在提高各種不同應用和環境中的電氣性能和效率方面處于領先地位 。
庫巴爾教授領導著器件熱成像與可靠性中心（CDTR） ， 該中心致力于開發用于凈零排放、通信和雷達技術的下一代半導體電子設備 。 該中心還致力于利用寬帶隙和超寬帶隙半導體來改善器件的熱管理、電氣性能和可靠性 。
參考文獻：“用于射頻應用的具有閂鎖誘導亞閾值斜率（每十倍頻程低于 60 mV）的氮化鎵多通道器件” ， 作者：Akhil S. Kumar、Stefano Dalcanale、Michael J. Uren、James W. Pomeroy、Matthew D. Smith、Justin A. Parke、Robert S. Howell 和 Martin Kuball ， 2025 年 5 月 22 日 ， 《自然·電子學》 。 DOI：10.1038/s41928-025-01391-5
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