記者從中國科學院金屬研究所獲悉，該所孫東明、劉馳團隊聯合多家科研單位，在高頻晶體管領域取得重要突破。團隊成功研製出國際上首款實現射頻測試的硅-石墨烯-鍺勢壘晶體管，該器件刷新了垂直二維基區晶體管的截止頻率紀錄，並創造了晶體管電流增益的世界最高值。相關成果於北京時間6月6日發表於國際學術期刊《自然·通訊》。

隨着5G規模化部署和6G前瞻研究加速，物聯網、智能傳感和高速通信要求晶體管的工作頻率突破1太赫茲（THz）。近年來，利用石墨烯等二維材料作為基區的垂直二維基區晶體管雖被寄予厚望，但界面處的量子隧穿勢壘和缺陷問題長期存在，導致嚴重的載流子散射，限制了器件的電流增益與高頻性能。

針對這一核心難題，聯合團隊提出了一種全新的器件架構，他們將晶圓級單晶單層石墨烯通過化學氣相沉積外延生長於鍺襯底上，再精確堆疊單晶硅膜，構築出高質量的硅-石墨烯-鍺垂直異質結構。研究團隊利用石墨烯與硅、鍺界面形成的不對稱肖特基勢壘，並結合石墨烯的量子電容效應實現功函數調控，使得鍺端的電流變化幅度遠大於硅端，從而產生了1.8×10⁷的共射極電流增益，創下目前已報道晶體管中的最高紀錄。

在射頻實測中，該晶體管的本徵截止頻率達到132 GHz，超越了過去所有垂直二維基區晶體管的最高水平。進一步的器件建模與仿真分析表明，通過優化材料摻雜濃度、降低接觸電阻及縮減寄生效應，該器件的理論工作頻率有望突破1 THz，進入太赫茲應用頻段。該項工作為勢壘晶體管在射頻與太赫茲通信領域的實際應用奠定了基礎，也為未來物聯網、6G傳感系統及超高速信號處理開闢了全新的技術路徑。