研究人员在半导体技术领域取得重大突破，将为6G交付提供强大助力

然而，由布里斯托大学牵头并于今日发表在期刊《Nature Electronics》上的新研究，借助半导体技术的一项突破性进展，可能使所有这些设想甚至更多离现实更近一步。

这些未来概念依赖于比现有网络快得多地通信和传输海量数据的能力。因此，物理学家开发了一种创新方法，可加速遍布全球的众多用户之间的这一过程。

共同通讯作者、布里斯托大学物理学教授Martin Kuball表示：“在未来十年内，以前几乎无法想象的、能够改变广泛人类体验的技术或将广泛普及。其潜在益处也极其深远，包括远程诊断与手术推动医疗进步、虚拟课堂乃至虚拟度假旅游。

“此外，高级驾驶辅助系统提升道路安全性和工业自动化实现更高效率具有巨大潜力。6G的潜在应用场景数不胜数，唯一限制仅是人类想象力。因此，我们创新的半导体发现令人极其振奋，将助力推动这些发展高速规模化落地。”

业界普遍认为，从5G向6G过渡需要对半导体技术、电路、系统及相关算法进行彻底升级。例如，其中涉及的核心半导体元件——即由神奇导体氮化镓（GaN）制成的射频放大器——必须更快、发射功率更大且更可靠。

国际科学家与工程师团队测试了一种新架构，将这些特殊GaN放大器性能推至前所未有的高度。这是通过在GaN中发现闩锁效应实现的，该效应释放了射频器件更强大的潜能。这些新一代器件采用平行通道结构，需要使用亚100纳米侧鳍——一种控制器件电流通路的晶体管。

共同通讯作者、布里斯托大学荣誉研究助理Akhil Shaji博士解释道：“我们与合作者共同试点了一项名为超晶格堞形场效应晶体管（SLCFETs）的器件技术，其中1000多条宽度亚100纳米的鳍片协同驱动电流。尽管SLCFETs已在对应75千兆赫至110千兆赫的W波段频率范围展现出最高性能，但其背后的物理机制尚不明确。

“我们意识到这是GaN中的闩锁效应，正是它促成了卓越的射频性能。”

研究人员随后需要通过同步采用超高精度电学测量和光学显微镜技术，精确定位该效应发生位置以便深入研究。分析1000多条鳍片后，发现该效应存在于最宽的鳍片中。

兼任英国皇家工程院新兴技术讲席教授的Kuball补充道：“我们还利用仿真器建立了3D模型进一步验证观察结果。接下来的挑战是研究闩锁效应在实际应用中的可靠性问题。对器件进行的长时间严格测试表明，该效应对器件可靠性或性能无不利影响。

“我们发现驱动此可靠性的关键因素在于每个鳍片周围的薄层介电涂层。但最核心的结论很明确——闩锁效应可应用于无数实际场景，未来数年将在多方面助力改变人类生活。”

后续工作重点包括进一步提升器件功率密度，以实现更高性能并服务更广泛用户群体。行业合作伙伴也将把此类新一代器件推向商业化市场。

布里斯托大学的研究人员处于提升各类应用场景中电气性能与效率的前沿。

Kuball教授领导器件热成像与可靠性中心（CDTR），该中心致力于开发面向净零排放、通信及雷达技术的新一代半导体电子器件。中心还利用宽禁带及超宽禁带半导体技术，持续改进器件热管理、电气性能和可靠性。