自动驾驶汽车消除交通拥堵，能够在家中迅速获得医疗诊断，或者感受到跨越大陆的亲人触碰的体验，可能听起来像科幻小说的内容。然而，由于半导体技术的重大突破，新研究可能使这一切变得更接近现实。
自动驾驶汽车消除交通拥堵，能够在家中迅速获得医疗诊断，或者感受到跨越大陆的亲人触碰的体验，可能听起来像科幻小说的内容。
然而，今天发表在《自然电子学》期刊上的布里斯托大学主导的新研究，可能会使这一切以及更多的内容变为现实，这要归功于半导体技术的重大突破。
这些未来派概念依赖于能够比现有网络更快地通信和传输大量数据的能力。因此，物理学家们开发了一种创新的方法来加速这一过程，使全球数十名用户能够实现更快的连接。
共同发起作者、布里斯托大学物理学教授马丁·库巴尔表示：“在下一个十年，之前几乎难以想象的技术将会广泛可用，以改变各种人类体验。潜在的好处也非常深远，包括远程诊断和手术的医疗进步、虚拟课堂甚至虚拟假日旅游。”
“此外，高级驾驶辅助系统有助于提高道路安全性，工业自动化也将提高效率。可能的6G应用清单是无尽的，唯一的限制就是人类的想象力。因此，我们的创新半导体发现令人非常兴奋，并将推动这些发展迅速、规模化地向前发展。”
人们普遍认为，从5G向6G的转变将需要对半导体技术、电路、系统和相关算法进行根本性的升级。例如，主要的半导体组件，也就是由一种被称为氮化镓（GaN）的奇迹导体制成的射频放大器，需要更快、发出更大功率并且更可靠。
这支由国际科学家和工程师组成的团队测试了一种新架构，使这些特制的GA N放大器达到了前所未有的高度。这是通过发现GA N中的锁存效应来实现的，解锁了更高的射频设备性能。这些下一代设备使用并行通道，因此需要使用小于100纳米的侧鳍——一种控制通过设备流动的电流的晶体管。
共同发起作者、布里斯托大学荣誉研究员阿基尔·沙吉博士解释道：“我们已经试验了一种与合作者合作的设备技术，称为超晶格分层场效应晶体管（SLCFETs），其中超过1000个宽度小于100纳米的鳍帮助驱动电流。尽管SLCFETs在W波段频率范围内展示了最高性能，相当于75 GHz到110 GHz，但其背后的物理机制仍然未知。”
“我们认识到这是GA N中的锁存效应，这使得高射频性能成为可能。”
研究人员随后需要准确找出这个效应发生的确切位置，通过同时使用超精密电测量和光学显微镜，以便进一步研究和理解。在分析了超过1000个鳍之后，发现这个效应出现在最宽的鳍上。
库巴尔教授，皇家工程院新兴技术主席补充道：“我们还开发了一个3D模型，使用模拟器进一步验证我们的观察。下一个挑战是研究锁存效应的可靠性方面，以用于实际应用。对设备进行长时间的严格测试显示其对设备可靠性或性能没有不利影响。”
“我们发现推动这种可靠性的一个关键方面是在每个鳍周围的薄介电涂层。但主要的结论很明确——锁存效应可以被利用于无数实用应用，这可能在未来几年以许多不同的方式改变人们的生活。”
工作的下一步包括进一步提高设备能提供的功率密度，从而提供更高的性能并服务更广泛的受众。行业合作伙伴也将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改善各种不同应用和环境中的电性能和效率方面处于前沿。
库巴尔教授领导了设备热成像和可靠性中心（CDTR），该中心正在开发用于净零排放的下一代半导体电子设备，以及用于通信和雷达技术。它还致力于改善设备的热管理、电性能和可靠性，使用宽带和超宽带隙半导体。
