6月8日，据中国科学院金属研究所消息，中国科学院金属研究所联合多家研究单位，提出了一种创新性的高频器件架构——硅-石墨烯-锗势垒晶体管（Si-Graphene-Ge Barristor）。相关研究成果以“A high-frequency silicon-graphene-germanium barristor”（一种高频硅-石墨烯-锗势垒晶体管）为题，于近日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）,标志着高频垂直二维基区晶体管研究取得重大突破。

这是国际上首款成功实现射频测试功能的势垒晶体管。研究团队首先在锗衬底上通过化学气相沉积外延生长了晶圆级单晶单层石墨烯，随后将单晶硅膜精确堆叠于石墨烯之上，构筑了高质量的硅-石墨烯-锗垂直异质结构（如图1所示）。该结构利用石墨烯与硅、锗界面处形成的不对称肖特基势垒，并结合石墨烯的量子电容效应进行功函数调控，使得锗端电流的变化幅度远大于硅端，从而产生了高达1.8 ✖ 107的共射极电流增益，是目前已报道晶体管中的最高记录（如图2所示）。在高频性能方面，该晶体管实现了132 GHz的本征截止频率（fT），超越了此前所有垂直二维基区晶体管的最高纪录（如图3所示）。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1 THz，进入太赫兹应用频段（如图4所示）。

该研究不仅为势垒晶体管在射频与太赫兹通信领域的应用奠定了坚实基础，也为未来物联网与6G传感系统的超高速信号处理提供了全新的技术路径。