針對新興6G需求的先進材料憶阻器

如果你剛剛從5G的炒作及其在架構、組件等方面的現(xiàn)實中恢復過來，可能不會有太多休息時間。為什么呢？原因在于來自學術界、工業(yè)界和標準制定組織的技術領導者已經在著手塑造下一代6G標準，這將進一步提高速度并提升頻譜頻率。

盡管6G的具體細節(jié)還沒有出現(xiàn)，研究人員已經開始定義和調查一些可能需要的早期版本的組件。

憶阻器會成為主流嗎？

6G的需求讓我們想到了憶阻器。還記得它們嗎？幾年前，它們被大量宣傳為加入電阻器、電容器和電感器三大被動器件的新型第四大被動器件，曾被認為是解決內存組件限制的解決方案。

那么，什么是憶阻器？它是一種非線性、兩端電氣組件，連接電荷與磁通量連結，最早于1971年由Leon Chua提出并命名，從而完成了電阻器、電容器和電感器這三大基礎被動電氣組件的理論四重奏。它們曾被認為是“下一個大事件”，但與隧道二極管類似，這并未真正實現(xiàn)。不過，它們可能會在其他特殊情況下取得成功（同樣類似于隧道二極管），甚至可能用于AI處理器。

目前的現(xiàn)實是，憶阻器尚未占據(jù)重要位置，但也許現(xiàn)在還為時過早。正如Yogi Berra所言，“預測很難，尤其是關于未來的預測。” 我查閱了經典的“Gartner炒作周期”的最近幾年，該周期將技術進步分為四個階段（創(chuàng)新觸發(fā)、期望膨脹的頂峰、幻滅低谷、啟蒙的斜坡），但并未看到它們在任何階段中出現(xiàn)。

顯然，在系統(tǒng)載波頻率上處理信號的信號阻斷開關對于任何通信架構都是必不可少的。目前用于這些開關功能的最快元件是工作在數(shù)十千兆赫茲的絕緣體上硅MOSFET器件。然而，它們是易失性的，需要持續(xù)的電源來維持開啟狀態(tài)，這對系統(tǒng)級別來說是一個負擔。

新型憶阻器開關將硅設備的工作頻率提高一倍

為了解決這個問題，一個多大學研究團隊開發(fā)了一種憶阻器開關，該開關在當前基于硅的設備工作頻率的兩倍頻率下表現(xiàn)良好。它的頻率范圍高達120 GHz，并且無需施加恒定電壓。

該新開關使用一種非易失性材料，稱為六方氮化硼（hBN），其開啟或關閉狀態(tài)可通過施加電壓脈沖而不是恒定控制電壓來激活（與機械繼電器類似的固態(tài)模擬）。最終結果是顯著的能源節(jié)省。

此前，非常快速的開關是通過二維網絡和hBN結合形成的表面來實驗性開發(fā)的。通過這種配置，設備頻率可以達到480 GHz，但僅能維持30個周期，因此實際上并無實際應用。

新設備使用相同的材料，但它被排列成多層疊加結構（總共12到18層），可以在260 GHz的頻率下工作，并具有足夠的穩(wěn)定性以應用于電子設備中。

他們使用了一種增強導電性的方法，系統(tǒng)性地實現(xiàn)了低于10歐姆（最低為4.5歐姆）的低導通狀態(tài)電阻（RLRS），并展示了2000次循環(huán)的耐久性。其設備在高達260 GHz的頻率下表現(xiàn)出低于2 dB的損耗和高于30 dB的隔離度，截止頻率為7 THz（從等效電路模型中提取）。他們還開發(fā)了射頻毫米波開關電路，在120 GHz的串聯(lián)-并聯(lián)配置中實現(xiàn)了超過35 dB的隔離。

該項目是一個國際合作項目，涉及來自西班牙巴塞羅那自治大學（UAB）、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）、美國德克薩斯大學奧斯汀分校、愛爾蘭Tyndall國家研究所和科克大學學院的研究人員。