国际团队为未来6G网络打造高频开关

Josiah02

　　巴塞罗那大学 (UAB) 的研究人员参与开发了一种交换机，它是电信行业必不可少的设备，能够以极高的频率运行，功耗低于传统技术。该技术可应用于新的 6G 大众通信系统，并且比现有设备在能耗方面更具可持续性。这项研究最近发表在《自然电子》杂志上。
　　电子通信设备中控制信号不可或缺的元件是开关，其功能是允许电信号通过（开启状态）或阻止电信号通过（关闭状态）。目前用于执行此功能的最快元件是基于硅的（所谓的 RF 绝缘体上硅 MOSFET 开关），使用频率为数十千兆赫 (GHz) 的信号进行操作。然而，它们是易失性的，即它们需要恒定的电源来维持开启状态。
　　为了改进现有的通信系统，满足物联网（IoT）和虚拟现实普及等日益加快的通信需求，有必要增加这些元素能够作用的信号频率并提高其性能。
　　来自阿拉巴马大学电信与系统工程系的研究人员参与的一项国际合作开发出了一种开关，该开关首次能够以当前硅基设备工作频率的两倍运行，频率范围高达 120 GHz，而且无需施加恒定电压。
　　新型开关采用一种名为 hBN（六方氮化硼）的非挥发性材料，通过施加电压脉冲而不是恒定信号即可激活其开启或关闭状态。通过这种方式，可以实现非常显著的节能效果。
　　研究员 Jordi Verdú 解释道：“我们来自 UAB 电信与系统工程系的研究团队参与了该设备的设计及其在实验室的实验特性研究。”
　　“我们首次能够展示基于非挥发性材料 hBN 的开关在高达 120 GHz 频率范围内的运行，这表明该技术有可能用于新的 6G 大众通信系统，该系统将需要非常大量的此类元件。”
　　对于 Verdú 而言，这是一个“非常重要的贡献，不仅从设备性能的角度来看，而且也朝着更可持续的能源消耗技术发展。”
　　这些设备的工作得益于忆阻特性，即施加电压时材料电阻的变化。到目前为止，超快速开关都是通过实验从忆阻器（具有忆阻特性的设备）开发的，忆阻器由六方氮化硼(hBN) 的二维网络粘合在一起形成表面而制成。
　　采用这种布置，器件频率可达到 480 GHz，但只能进行 30 次循环，即没有实际应用。新方案使用相同的材​​料，但以叠加层的方式排列（总共 12 到 18 层），可在 260 GHz 下运行，并且具有足够高的稳定性（约 2000 次循环），可用于电子设备。