中國粉體網訊 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。
原子數量級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設備。Deji Akinwande， Jack Lee和他們在UT Austin的團隊嘗試了一下。事實證明，把像二硫化鉬這樣的2D材料夾在兩個電極之間就形成了記憶器——一種通過改變電阻存儲數據的雙端設備。在上周的研究報告中，他們已經證明了這些“原子電阻器”的一個非常重要的潛在應用——模擬射頻開關，適用于5G甚至未來的6G無線電。
蜂窩無線電做了很多轉換。他們必須在不同頻率之間進行切換以防止干擾，還必須在不同相位的信號之間進行切換以控制數據光束。射頻開關是一種要求很高的設備，需要一種很難獲得的特性組合。快速開關，低電阻，高離阻抗，泄漏小，這是今天的開關所沒有的，它們應該在沒有電源的情況下保持原位。如果不用開著收音機開關，依靠電池的物聯網系統可能會使用更久。這就是新的納米級原子電阻器開關現在所能做的，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下啟動，阻止電流通過。但是如果將電壓提高到足夠高的程度，氧就會從氧化物中擠出來，形成一條導電通道。在這種狀態下，設備現在很容易通過電流。相反方向的高電壓會把氧放回原位，恢復它的電阻。
由于二維半導體中沒有垂直維度來形成導電路徑，所以這種情況不會發生。相反，Akinwande的研究小組發現，二維材料晶格中某些自然產生的缺陷會產生這種效果。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，電極上的金原子會暫時移到空隙中，使材料具有導電性。Akinwande 介紹：“基本上，它就像Airbnb。他們只是在租房子，”一個強大的反向電壓會將金階層推出。
原子反應最初是用二硫化鉬作為二維材料發現的。但是對于RF開關來說，當關閉時必須強烈地阻止信號，“你真正需要的是一個絕緣體，”因此，該團隊和他們在里爾大學的合作者轉向六方氮化硼（hBN），這是一種被廣泛研究的二維絕緣體。
Akinwande：“通常當人們使用hBN時，他們使用了好幾層。”但隨著時間的推移，他的團隊能夠用0．3納米厚的材料層制造出開關。“人們對這一結果感到震驚。“關鍵是產生hBN時不能有任何大到足以讓電流通過的缺陷。“它必須幾乎完美。”
RF開關的關鍵優點在于它的截止頻率。它是通態電阻和斷態電容的組合，在一個良好的開關中，兩者都應該是低的。截止頻率的赫茲值表明該設備是射頻開關的良好選擇，實驗的hBN設備得分為129太赫茲。作為測試的一部分，該團隊使用100千兆赫的載波頻率，以每秒8．5千兆赫的速度傳輸實時高清視頻。他們介紹，這個頻率足以滿足5G的流媒體需求。在這個數據速率下，幾秒鐘就可以下載幾部電影。他們將研究結果發表在《自然電子》雜志上。
對于5G頻率，Akinwande正在探索商業化，以進一步開發納米級開關。盡管研究設備是在金剛石襯底上使用金電極進行演示的，Akinwande表示制造這些RF開關的過程與代工廠使用的CMOS過程是兼容的。他指出，幾所大學和臺積電的研究顯示，hBN與硅可以集成在一起。
對于6G頻率，預計將包括太赫茲范圍內的頻率（300至3000 GHz），UT Austin團隊正計劃進行新的實驗室測量。
（中國粉體網編輯整理/山川）
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