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自动驾驶汽车可以消除交通拥堵，足不出户即可立即获得医疗诊断，或者感受到远在大洲彼岸的亲人的触摸，这些听起来可能像是科幻小说。然而，得益于半导体技术的突破性突破，布里斯托大学牵头并发表在《自然电子》杂志上的一项新研究可能会使这些可能性更接近现实。
未来半导体器件的艺术图像，该器件将有助于实现6G技术。图片来源：布里斯托大学
这些未来概念依赖于远超现有网络速度的海量数据通信和传输能力。为了实现这一目标，物理学家开发了一种创新方法，可以加速众多用户之间的数据传输，甚至可能达到全球范围。
布里斯托大学物理学教授、该研究的共同主要作者马丁·库巴尔（Martin Kuball）表示：“未来十年内，那些此前几乎难以想象的技术将广泛普及，彻底改变人类的各项体验。其潜在的益处也同样深远，包括远程诊断和手术带来的医疗保健进步、虚拟教室，甚至虚拟假日旅游。”
布里斯托大学设备热成像与可靠性中心（CDTR）的马丁·库巴尔教授，该中心汇聚了来自世界各地的科学家，致力于开发下一代半导体电子设备。图片来源：布里斯托大学
此外，高级驾驶辅助系统在提升道路安全和工业自动化效率方面也拥有巨大潜力。6G 应用潜力无穷，唯有人类的想象力才能发挥其最大作用。因此，我们创新的半导体发现令人振奋，并将有助于快速、大规模地推动这些发展。
人们普遍认为，从 5G 迈向 6G 需要半导体技术、电路、系统和相关算法的重大升级。例如，其中的关键半导体元件——由氮化镓 (GaN) 材料制成的射频放大器——必须显著提高速度、产生更大功率并提高运行可靠性。
由国际科学家和工程师组成的团队测试了一种新的架构，该架构显著提升了GaN放大器的性能。这一突破得益于GaN中锁存效应的发现，该效应显著提升了射频器件的性能。这些下一代器件采用并行通道，需要亚100纳米侧鳍——一种控制电流流经器件的晶体管。
论文共同第一作者、布里斯托大学名誉研究员阿基尔·沙吉博士解释说：“我们与合作伙伴合作，试行了一种名为超晶格城堡场效应晶体管 (SLCFET) 的器件技术。该技术中，超过 1000 个宽度小于 100 纳米的鳍片用于驱动电流。尽管 SLCFET 在 W 波段频率范围（相当于 75 千兆赫至 110 千兆赫）内展现出了最高的性能，但其背后的物理原理尚不清楚。”
“我们认识到这是 GaN 中的锁存效应，它使得高射频性能成为可能。”
研究人员随后需要同时使用超精密电测量和光学显微镜来精确定位这种效应发生的位置，以便进一步研究和理解。在分析了1000多个鳍后，研究结果发现，这种效应发生在最宽的鳍上。
阿基尔·沙吉博士在布里斯托大学设备热成像与可靠性中心（CDTR）工作。该中心汇聚了来自世界各地的科学家，致力于开发下一代半导体电子设备。图片来源：布里斯托大学
库巴尔教授同时也是皇家工程院新兴技术主席，他补充道：“我们还使用模拟器开发了一个3D模型，以进一步验证我们的观察结果。下一个挑战是研究闩锁效应在实际应用中的可靠性。对该器件进行了长期严格的测试，结果表明它不会对器件的可靠性或性能产生不利影响。”
我们发现，推动这种可靠性的关键因素是每个鳍片周围都有一层薄薄的介电涂层。但主要的结论很明确——闩锁效应可以用于无数的实际应用，并可能在未来以多种不同的方式改变人们的生活。
下一步工作包括进一步提高设备的功率密度，从而提供更高性能，服务更广泛的用户。行业合作伙伴也将把这些下一代设备推向商业市场。
布里斯托大学的研究人员在提高各种不同应用和环境中的电气性能和效率方面处于领先地位。
库巴尔教授领导着器件热成像与可靠性中心（CDTR），该中心致力于开发用于净零排放、通信和雷达技术的下一代半导体电子设备。该中心还致力于利用宽带隙和超宽带隙半导体来改善器件的热管理、电气性能和可靠性。
编译自/ScitechDaily
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