山东
稀有科技 | 硅-石墨烯-锗晶体管问世！国产碳基芯片，叩开6G太赫兹大门
导语：摩尔定律逼近物理天花板，硅基芯片走到性能极限。当全球都在苦苦寻找下一代半导体材料，中科院金属所交出重磅答卷：首款可射频测试的硅-石墨烯-锗势垒晶体管诞生，一举刷新世界纪录，为 6G 太赫兹通信铺就硬件底座。
5G 规模化落地的尾声，全球通信科研赛道的重心早已转向 6G。6G 不只是网速更快的新一代移动通信，它承载着空天地一体化网络、全息通信、海量物联网感知、远程高精度控制等未来场景，而支撑这一切的核心，就是太赫兹（THz）频段通信。
但很长一段时间里，太赫兹通信卡在硬件瓶颈上。传统硅基晶体管存在固有的物理极限：工作频率越高，信号损耗越严重，电流增益快速衰减，很难稳定支撑太赫兹频段信号的发射与接收。简单来说，硅材料已经快摸到能力边界，想要冲进太赫兹，必须寻找全新的器件架构。
二维材料石墨烯，正是科学界寄予厚望的破局者。它拥有原子级厚度、超高载流子迁移率、独特量子电学特性，天生适合高频器件。但过去多年，石墨烯晶体管始终面临一个难题：很难和成熟硅半导体工艺融合，器件难以完成射频性能验证，只能停留在实验室原理样机，距离实用化遥遥无期。
2026 年 6 月，中科院金属研究所团队在《自然・通讯》发表成果，攻克了这一难题，研制出国际首款可完成射频测试的硅 - 石墨烯 - 锗势垒晶体管，创下两项全球纪录。
这款器件采用硅、石墨烯、锗三层异质堆叠的全新架构。石墨烯夹在硅与锗之间，依靠独特的量子电容效应精准调控界面功函数，解决了异质材料界面接触差、载流子注入效率低的行业痛点。实测数据足够震撼：✅ 电流增益高达，为当前同类晶体管全球最高水平；✅ 射频本征截止频率达到 132GHz，性能全面超越传统垂直结构二维基区晶体管；✅ 工艺仿真预测，持续优化器件结构后，工作频率理论上可突破 1THz，正式踏入 6G 太赫兹通信频段。
很多人会问：1THz 意味着什么？太赫兹波段介于微波与红外之间，带宽资源极其丰富。一旦太赫兹通信商用，单链路传输速率将达到 Tbps 级别，毫秒级传输完整高清全息影像；空天地海全域通信、车载高速互联、远程工业实时控制、高精度雷达传感都将迎来质变。而这款硅 - 石墨烯 - 锗晶体管，解决了太赫兹收发前端的核心器件难题。
更具战略价值的一点：该器件架构兼容现有硅基产线的工艺思路。不必完全抛弃现有的半导体制造基础设施，就能把石墨烯集成进芯片，大幅降低未来产业化落地的门槛。
放眼全球碳基半导体赛道，竞争早已白热化。欧盟石墨烯旗舰计划持续推进二维材料半导体试点产线，重点验证石墨烯晶圆与 CMOS 工艺兼容方案，目标打造欧洲本土碳基芯片制造能力；美国将二维材料高频器件纳入 6G 与下一代芯片重点研发清单，持续加码资金投入。而这次中科院金属所的成果，标志着我国在石墨烯高频晶体管方向，实现了关键技术领跑。
后摩尔时代，单纯缩小硅晶体管尺寸已经越来越难，“新材料 + 新器件架构” 成为芯片突破的主流路线。石墨烯不是用来简单替代硅，而是以异质集成的方式，和硅、锗优势互补，打造硅基半导体无法实现的高频特性。
除 6G 通信之外，这类高频碳基晶体管的应用空间十分广阔：毫米波雷达、深空通信、高速片间互联、高精度红外传感等领域，都能受益。未来，算力芯片内部的高速信号传输、卫星通信终端、智能感知设备，都有可能看到石墨烯异质晶体管的身影。
当然也要客观看待：本次成果是器件层面的重大突破，距离大规模商用芯片还有一段路要走。后续还要攻克晶圆级制备、器件一致性、长期可靠性、量产成本等一系列工程化难题。但毫无疑问，我们已经跨过了原理验证的关键门槛。
从硅到硅-石墨烯-锗异质集成，半导体的底层材料革命已经悄然启动。曾经只存在于论文里的石墨烯，正在从导热膜、涂料这类应用，一步步走进半导体芯片这一高端硬核赛道。6G 的太赫兹时代，不再只是蓝图。国产石墨烯晶体管，已经叩开了这扇大门。（内容来源：山东稀有高科先进技术研究院）
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