中国科学院金属研究所（IMR CAS）联合多家科研机构，在半导体器件领域取得重大突破，成功研发出全球首个基于硅-石墨烯-锗异质结的垂直势垒晶体管。这一成果不仅刷新了高频晶体管的性能指标，更为下一代6G通信系统、超高速传感器及太赫兹技术的应用提供了关键硬件支撑。相关进展已由《科技日报》等媒体详细报道，标志着中国在前沿电子材料器件化方面迈出了实质性一步。
突破量子隧穿效应限制
随着5G技术的大规模部署以及6G前瞻性研究的加速推进，工业界对能够工作在1太赫兹（THz）以上频率的晶体管需求日益迫切。这类高频器件是支撑物联网（IoT）、智能传感器及高速通信系统的核心组件。传统二维材料如石墨烯在构建垂直晶体管时面临严峻挑战：量子隧穿效应导致的势垒穿透以及界面缺陷引起的载流子散射，严重限制了电流增益和高频性能的提升。
针对这一行业痛点，研究团队提出了一种创新的器件架构。通过化学气相沉积（CVD）技术，研究人员在锗衬底上生长出单层单晶石墨烯，随后堆叠一层单晶硅薄膜，构建了硅-石墨烯-锗垂直异质结构。该结构巧妙利用了石墨烯-硅和石墨烯-锗界面处的非对称肖特基势垒，并结合石墨烯的量子电容效应调控功函数，从而有效抑制了载流子散射，实现了高效的电流控制。
在这一设计下，锗侧的电流变化幅度远大于硅侧，使得共发射极电流增益高达1.8×10⁷，创下目前所有晶体管中的最高纪录。在射频（RF）测试中，该晶体管的特征截止频率达到132 GHz，性能显著优于以往基于垂直结构的石墨烯晶体管。理论模型进一步表明，通过优化材料掺杂浓度、降低接触电阻并最小化寄生效应，该器件的理论工作频率有望突破1 THz大关，正式进入太赫兹应用区间。
这一成果为势垒晶体管在射频及太赫兹通信中的实际应用奠定了坚实基础，也为未来物联网、6G探测系统及超高速信号处理开辟了新的技术路径。中国科研团队通过材料工程与器件物理的深度融合，解决了长期困扰二维电子器件的性能瓶颈问题，展现了中国在基础科学研究领域的深厚积累。
从实验室走向产业化前景
目前该晶体管仍处于实验室验证阶段，但其展现出的巨大潜力已引起全球半导体行业的高度关注。太赫兹波段因其独特的频谱特性，被视为6G通信的关键频段，能够支持每秒数十太比特的数据传输速率。太赫兹技术在无损检测、医疗成像及安全安检等领域也具有广泛应用前景。
实现从实验室原型到规模化生产的跨越，仍需解决材料大面积制备、界面质量控制及工艺兼容性等工程化难题。中国拥有全球最完整的半导体产业链和庞大的应用场景市场，这为新技术的快速迭代和商业化落地提供了有利条件。国内设备制造商和材料供应商可借此机会，加强与科研机构的合作，共同攻克制造工艺中的关键节点。
对于中国半导体行业而言，这一突破不仅提升了在高端电子器件领域的国际话语权，也为摆脱对传统硅基技术路径的依赖提供了新的思路。通过探索新型二维材料与常规半导体的异质集成，中国有望在未来的后摩尔时代竞争中占据有利位置。后续研究应重点关注器件的稳定性和可重复性，推动相关标准制定，加速技术成果向产业端的转化。