反正买不到高端光刻机，中国尝试用新技术做出 6G 高频芯片

大家都知道，高端EUV光刻机一台卖三亿多美元，还被卡着不对我们出口。中国半导体搞高端芯片，好像脖子就卡在这台机器上。这次沈阳中科院金属所的团队偏不按常规路线走，不靠光刻靠堆材料，就跑出了6G需要的高频性能，给6G芯片开了一条全新的路子。

这是2026年6月上旬出的结果，论文刚上线《自然·通讯》。带头做研究的是沈阳中科院金属所的孙东明、刘驰课题组，还有好几家国内科研机构一起参与。这次搞出来的新器件叫硅-石墨烯-锗势垒晶体管，英文缩写SGBT，是国际上首款真正完成射频测试的同类器件。

很多人不知道，之前用二维材料做的这类器件，大部分只能测测直流数据。静态看着数据漂亮，一上高频交流直接露怯，根本没法用在实际通信里。这次不一样，132GHz的射频截止频率，是实打实跑高频信号测出来的真成绩。

这个器件的结构说起来挺有意思，就像一块原子级厚度的夹心饼。最上面是硅，最下面是锗，中间夹着一层单原子厚度的石墨烯，总共厚度也就0.34纳米。研究团队用化学气相沉积，在锗衬底上长出了晶圆级的单晶单层石墨烯，再把单晶硅膜精准叠上去，搭出了这个垂直的异质结构。

跟传统晶体管比，电子的走法都变了。传统晶体管里电子是横着走，这个器件里电子直接从上层硅垂直往下掉，穿过石墨烯到锗。距离才零点几个纳米，几乎是瞬间就完成了传输。

这里藏着一个特别妙的点，决定器件极限速度的，不再是光刻机能刻多细的线。变成了薄膜能长多平整均匀。前者拼的是ASML的顶级设备，后者拼的是材料工艺和沉积设备，我们国家在这一块根本不落下风。

石墨烯之前在半导体圈其实挺尴尬的。2004年被分离出来之后火遍全球，IBM2011年还做出了155GHz的石墨烯场效应管，当时轰动一时。结果没热闹多久，大家就发现它天生没有带隙，关不掉还漏电，想当硅的替代品做逻辑芯片根本没戏。

这次中国团队的思路巧就巧在，没让石墨烯当主角，只让它做中间的闸门。石墨烯和硅、锗接触的界面，自然形成了不对称的肖特基势垒，刚好能借助石墨烯本身的量子电容特性调控电流通断。这么一改，之前的缺点直接变成了优势。

测出来的成绩真的挺能打。共射极电流增益冲到了1.8×10⁷，是目前已经报道的晶体管里的最高纪录。电流增益大意味着，很小的输入变化就能带动很大的输出，用来做射频放大器再合适不过。

前面说的132GHz是实测的本征截止频率，理论上限还要高得多。仿真分析显示，只要优化掺杂浓度、削减寄生效应，理论工作频率能突破1THz。太赫兹频段正好是6G通信、深空探测、超高清成像盯着的黄金地带，刚好踩中了行业需求点。

看到这估计有人要激动，说以后是不是不用买光刻机了。这话真的说早了，得把两个不同的应用场景分清楚。像手机主芯片、GPU那种，动辄塞几百亿个晶体管，拼的是集成密度和低功耗，EUV光刻机短期内真的找不到替代。

射频芯片是完全不一样的赛道。一个功率放大器可能只需要几千几万个晶体管，每个都得能扛住上百GHz的高频。传统硅基在这个领域已经越走越吃力，SGBT这种垂直架构反而刚好找到了适合自己的位置。

就算算设备账也很划算。做SGBT用的化学气相沉积、分子束外延这些设备，造价跟三亿多美元一台的EUV根本不是一个量级。而且这些设备国内自主化程度已经很高，相当于直接把比赛规则换了，从比谁的镜头精度高，变成比谁堆的原子层更平整。

这项研究的意义可不只是拿了个频率纪录。它实打实证明了垂直二维基区晶体管能从实验室走到工程化阶段，给这类势垒晶体管在6G和太赫兹通信的应用打了基础。不过从实验室原型到量产，还有好多关要闯。

良率够不够，能不能稳定重复生产，封装工艺跟不跟得上，任何一环出问题，实验室的漂亮数据都可能只是纸面成绩。现在石墨烯晶圆级均匀生长还是业内难题，大规模生产能不能稳定跑出132GHz，还得看后续几年的研发进展。这个过程急不来，得一步一步啃下这些硬骨头。

6G商用大概在2030年前后，留给底层器件研发的窗口期也就四五年。谁能在这段时间跑通技术路线搭好生态，谁就能在下一代通信芯片领域占住位置。SGBT不是唯一的答案，但至少让“没光刻机就做不出高频芯片”这话，不再站得住脚。

说到底，这就是一种换道绕行的智慧。正面挤不上去的时候，换个角度说不定就能捅开一条新缝。半导体发展这么多年，从锗晶体管到硅CMOS再到现在的异质结，本来就没有什么非走不可的独木桥。

大家都挤在光刻这条路上堵着，不如往垂直方向找新通道。光刻刻不了那么细，那就把材料叠得够薄够平整。这种思路冷落了半个多世纪，这回被咱们研究金属材料的科学家重新捡了起来，说不定就能撞出意想不到的大惊喜。

参考资料：科技日报 我国新型高频器件研发获突破助力6G通信