芯片是工业制造的最高水平体现,射频器件的实测频率此前只有百GHz级的瓶颈,最近有好消息传出,我国造出硅-石墨烯-锗势垒晶体管,可以实现132GHz的实测频率,已经完成射频测试。
传统光刻微缩对于射频器件来说,是非常重要的性能提升路径,团队为了突破频率上限,甚至需要把横向沟道做得更短。现在我国团队已经通过异质结构设计,实现了制造垂直结构的SGBT器件,并且通过了132GHz的射频实测。
这让业内都非常关注,毕竟传统路线的横向微缩,就是为了把频率推向更高,且继续微缩还要配套更昂贵的EUV设备和晶圆厂投入,看出制造门槛对于射频领域的掌控。
我国最新研发出的SGBT器件,拥有国际首款完成射频实测的领先地位,使用硅/石墨烯/锗的异质结构和界面势垒调控方式,且不涉及到对先进EUV设备的依赖。

国际方面使用平面横向沟道的器件是很常见的,频率的上限受制于渡越时间,目前的技术水平都不能突破这个天花板。如果想要让频率再继续提升,需要进行更极致的横向微缩,且成本会有显著的提升。
SGBT在提升射频器件性能时的作用,就是用垂直的电子通道来在器件中完成传输,这种用原子尺度进行传输的方式,通道的长短参数非常重要。
团队研发SGBT从解决渡越时间的瓶颈开始,到现在已经形成了完整的垂直结构方案。该团队研发的技术主要是让电子垂直穿过单层石墨烯,产生极短的原子级传输路径,再用硅和锗的势垒控制开关。团队研发的这项技术,相比世界上最先进的横向微缩方案,是有所区别的。

传统的横向微缩路线是行业都熟知的性能提升路径,目前的沟道加工极限已经逼近物理边界,使用的光刻设备不断追求更短的波长,精度可以做到很高,且使用条件非常苛刻,需要投入巨大的晶圆厂成本,这种路线的前期投入也非常昂贵。
我国这次造出来的新型器件,也叫做硅-石墨烯-锗势垒晶体管,使用的石墨烯单层厚度仅为0.34纳米,在传输距离上压缩到了原子级,突破了渡越时间的极限,形成了垂直结构的全新路径,为6G射频领域提供了更好的器件方案,还能把理论频率推到1THz以上。
传统方案虽然一直想要把频率推向更高,尤其对于沟道尺寸更执着微缩,却难以让器件摆脱渡越时间的限制。可我国团队的这项研究,已经有了很多关于射频领域的结构突破,不光掌控了石墨烯薄膜的生长技术,还有异质界面和势垒调控等等一系列的核心工艺技术。
这次公布的消息我国能实现的132GHz射频实测技术,已经验证到哪里呢,应用到了测试台的实测任务和多所院校的研究任务都使用到了。
我国的高频射频器件研发还有很长的路要走,可目前的进展也很鼓舞人心了,毕竟在传统技术路线垄断,我国起步晚,全靠自主研发的情况下,是真的不容易。
除了这次新研发出来的SGBT器件,国际上也已有其他二维晶体管的研究,可和这次完成射频实测的SGBT相比,技术是有高下之分。
且因为精细度的区别,很多团队在传统路线压力尚未显现时,还愿意投入更高的制造成本,可随着频率要求不断提升,再想靠横向微缩走下去,也是有很多现实的障碍。最好的解决方法,就是科研团队能攻克垂直结构和材料调控的瓶颈,实现自主研发和制造需要的高频器件。
因为制造高频器件的方式目前全世界都离不开材料与结构的双重优化,将来一段时期内,想要满足6G的应用需求,推出频率更高的器件,我国射频器件的研发和技术提升还任重道远,一旦将来能够实现更高的频率跨越,将会惠及多个行业,为我国的科技腾飞打下坚实的基础。

那么这款SGBT器件目前是否存在设计瑕疵和问题呢?
任何一款新推出的科研产品,都有着还需要解决和优化的部分,这个SGBT器件也不例外,目前因为还处于射频实测阶段,暂时和国际上成熟的传统工艺对比,成熟度是有差距。
传统的横向微缩制造能力,已经可以实现更短的沟道尺寸,且还在不断推进更大规模的EUV产能,精密效果也是非常不错。
可也存在和SGBT路线遇到的同样挑战,就是如何能把试验性的器件推向规模化量产,看来高新技术领域的科研难题,几乎都有一整套流程要走,哪个国家的科学家在这场马拉松比赛中耐力更好,综合素质更佳,谁就会更加领先跑到终点获取科研成果。