中国科学院金属研究所联合多家科研机构，在高频晶体管领域取得关键技术突破。研究团队成功研制出国际首款具备射频测试功能的硅-石墨烯-锗势垒晶体管，相关成果发表于《自然·通讯》期刊。该器件通过创新结构设计，实现了迄今为止垂直二维基区晶体管中最高的共射极电流增益和本征截止频率，为太赫兹频段通信技术发展开辟了新路径。
面对5G规模化应用与6G技术探索带来的挑战，物联网设备和智能通信系统对晶体管性能提出严苛要求。传统高频器件受限于载流子渡越时间，难以突破1太赫兹的频段瓶颈。研究团队针对这一难题，提出将石墨烯作为垂直异质结构的核心基区材料，利用其原子级厚度特性大幅缩短载流子传输路径，同时通过界面工程解决量子隧穿效应导致的性能衰减问题。
新型晶体管采用独特的三层架构设计：在锗衬底上通过化学气相沉积技术生长出晶圆级单晶单层石墨烯，再将单晶硅膜精确堆叠于石墨烯表面。这种硅-石墨烯-锗垂直异质结构通过界面处形成的不对称肖特基势垒，结合石墨烯的量子电容效应，实现了对功函数的精准调控。实验数据显示，该器件锗端电流变化幅度较硅端高出三个数量级，共射极电流增益达到1.8×10⁷，刷新了晶体管领域的世界纪录。
在高频性能测试中，该器件展现出132GHz的本征截止频率，较此前同类器件提升近40%。研究团队通过系统分析发现，器件在-40℃至100℃温度范围内保持稳定性能，且通过调整锗掺杂浓度可实现截止频率的连续调谐。器件建模与仿真结果表明，通过优化材料掺杂和接触电阻等参数，其理论工作频率有望突破1太赫兹门槛，直接进入太赫兹应用频段。
这项突破性成果为射频与太赫兹通信技术提供了全新解决方案。相较于传统晶体管，新型势垒晶体管在保持高电流增益的同时，显著提升了高频响应能力。其独特的垂直异质结构设计和界面调控机制，为开发超高速信号处理芯片奠定了技术基础，特别适用于6G通信、物联网感知和智能终端等前沿领域。
