中國粉體網(wǎng)訊 在金電極之間夾著一層原子薄的六方氮化硼層，可以作為傳輸5G甚至更高頻率的開關(guān)。
原子數(shù)量級(jí)的二維材料在很多方面都很有用，但直到兩年前，還沒有人想到它們能制造出更好的存儲(chǔ)設(shè)備。Deji Akinwande， Jack Lee和他們?cè)赨T Austin的團(tuán)隊(duì)嘗試了一下。事實(shí)證明，把像二硫化鉬這樣的2D材料夾在兩個(gè)電極之間就形成了記憶器——一種通過改變電阻存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的雙端設(shè)備。在上周的研究報(bào)告中，他們已經(jīng)證明了這些“原子電阻器”的一個(gè)非常重要的潛在應(yīng)用——模擬射頻開關(guān)，適用于5G甚至未來的6G無線電。
蜂窩無線電做了很多轉(zhuǎn)換。他們必須在不同頻率之間進(jìn)行切換以防止干擾，還必須在不同相位的信號(hào)之間進(jìn)行切換以控制數(shù)據(jù)光束。射頻開關(guān)是一種要求很高的設(shè)備，需要一種很難獲得的特性組合�？焖匍_關(guān)，低電阻，高離阻抗，泄漏小，這是今天的開關(guān)所沒有的，它們應(yīng)該在沒有電源的情況下保持原位。如果不用開著收音機(jī)開關(guān)，依靠電池的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可能會(huì)使用更久。這就是新的納米級(jí)原子電阻器開關(guān)現(xiàn)在所能做的，不僅是為5G頻率，而且也為未來可能的6G頻率。
憶阻器通常由兩個(gè)電極夾在絕緣材料柱（如氧化物材料）中組成。該裝置在高電阻狀態(tài)下啟動(dòng)，阻止電流通過。但是如果將電壓提高到足夠高的程度，氧就會(huì)從氧化物中擠出來，形成一條導(dǎo)電通道。在這種狀態(tài)下，設(shè)備現(xiàn)在很容易通過電流。相反方向的高電壓會(huì)把氧放回原位，恢復(fù)它的電阻。
由于二維半導(dǎo)體中沒有垂直維度來形成導(dǎo)電路徑，所以這種情況不會(huì)發(fā)生。相反，Akinwande的研究小組發(fā)現(xiàn)，二維材料晶格中某些自然產(chǎn)生的缺陷會(huì)產(chǎn)生這種效果。這些缺陷就是原子的缺失。通常，二維材料的電阻很高，但如果有足夠的電壓，電極上的金原子會(huì)暫時(shí)移到空隙中，使材料具有導(dǎo)電性。Akinwande 介紹：“基本上，它就像Airbnb。他們只是在租房子，”一個(gè)強(qiáng)大的反向電壓會(huì)將金階層推出。
原子反應(yīng)最初是用二硫化鉬作為二維材料發(fā)現(xiàn)的。但是對(duì)于RF開關(guān)來說，當(dāng)關(guān)閉時(shí)必須強(qiáng)烈地阻止信號(hào)，“你真正需要的是一個(gè)絕緣體，”因此，該團(tuán)隊(duì)和他們?cè)诶餇柎髮W(xué)的合作者轉(zhuǎn)向六方氮化硼（hBN），這是一種被廣泛研究的二維絕緣體。
Akinwande：“通常當(dāng)人們使用hBN時(shí)，他們使用了好幾層�！钡S著時(shí)間的推移，他的團(tuán)隊(duì)能夠用0．3納米厚的材料層制造出開關(guān)。“人們對(duì)這一結(jié)果感到震驚�！瓣P(guān)鍵是產(chǎn)生hBN時(shí)不能有任何大到足以讓電流通過的缺陷�！八仨殠缀跬昝��！�
RF開關(guān)的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于它的截止頻率。它是通態(tài)電阻和斷態(tài)電容的組合，在一個(gè)良好的開關(guān)中，兩者都應(yīng)該是低的。截止頻率的赫茲值表明該設(shè)備是射頻開關(guān)的良好選擇，實(shí)驗(yàn)的hBN設(shè)備得分為129太赫茲。作為測(cè)試的一部分，該團(tuán)隊(duì)使用100千兆赫的載波頻率，以每秒8．5千兆赫的速度傳輸實(shí)時(shí)高清視頻。他們介紹，這個(gè)頻率足以滿足5G的流媒體需求。在這個(gè)數(shù)據(jù)速率下，幾秒鐘就可以下載幾部電影。他們將研究結(jié)果發(fā)表在《自然電子》雜志上。
對(duì)于5G頻率，Akinwande正在探索商業(yè)化，以進(jìn)一步開發(fā)納米級(jí)開關(guān)。盡管研究設(shè)備是在金剛石襯底上使用金電極進(jìn)行演示的，Akinwande表示制造這些RF開關(guān)的過程與代工廠使用的CMOS過程是兼容的。他指出，幾所大學(xué)和臺(tái)積電的研究顯示，hBN與硅可以集成在一起。
對(duì)于6G頻率，預(yù)計(jì)將包括太赫茲范圍內(nèi)的頻率（300至3000 GHz），UT Austin團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
