針對(duì)新興6G需求的先進(jìn)材料憶阻器

如果你剛剛從5G的炒作及其在架構(gòu)、組件等方面的現(xiàn)實(shí)中恢復(fù)過(guò)來(lái)，可能不會(huì)有太多休息時(shí)間。為什么呢？原因在于來(lái)自學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和標(biāo)準(zhǔn)制定組織的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者已經(jīng)在著手塑造下一代6G標(biāo)準(zhǔn)，這將進(jìn)一步提高速度并提升頻譜頻率。

盡管6G的具體細(xì)節(jié)還沒(méi)有出現(xiàn)，研究人員已經(jīng)開(kāi)始定義和調(diào)查一些可能需要的早期版本的組件。

憶阻器會(huì)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(dòng)器件的新型第四大被動(dòng)器件，曾被認(rèn)為是解決內(nèi)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(jié)，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(chǔ)被動(dòng)電氣組件的理論四重奏。它們?cè)徽J(rèn)為是“下一個(gè)大事件”，但與隧道二極管類似，這并未真正實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，它們可能會(huì)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(shí)是，憶阻器尚未占據(jù)重要位置，但也許現(xiàn)在還為時(shí)過(guò)早。正如Yogi Berra所言，“預(yù)測(cè)很難，尤其是關(guān)于未來(lái)的預(yù)測(cè)?！?我查閱了經(jīng)典的“Gartner炒作周期”的最近幾年，該周期將技術(shù)進(jìn)步分為四個(gè)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?cè)谌魏坞A段中出現(xiàn)。

顯然，在系統(tǒng)載波頻率上處理信號(hào)的信號(hào)阻斷開(kāi)關(guān)對(duì)于任何通信架構(gòu)都是必不可少的。目前用于這些開(kāi)關(guān)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(lái)維持開(kāi)啟狀態(tài)，這對(duì)系統(tǒng)級(jí)別來(lái)說(shuō)是一個(gè)負(fù)擔(dān)。

新型憶阻器開(kāi)關(guān)將硅設(shè)備的工作頻率提高一倍

為了解決這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)多大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種憶阻器開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)在當(dāng)前基于硅的設(shè)備工作頻率的兩倍頻率下表現(xiàn)良好。它的頻率范圍高達(dá)120 GHz，并且無(wú)需施加恒定電壓。

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

此前，非?？焖俚拈_(kāi)關(guān)是通過(guò)二維網(wǎng)絡(luò)和hBN結(jié)合形成的表面來(lái)實(shí)驗(yàn)性開(kāi)發(fā)的。通過(guò)這種配置，設(shè)備頻率可以達(dá)到480 GHz，但僅能維持30個(gè)周期，因此實(shí)際上并無(wú)實(shí)際應(yīng)用。

新設(shè)備使用相同的材料，但它被排列成多層疊加結(jié)構(gòu)（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(yīng)用于電子設(shè)備中。

他們使用了一種增強(qiáng)導(dǎo)電性的方法，系統(tǒng)性地實(shí)現(xiàn)了低于10歐姆（最低為4.5歐姆）的低導(dǎo)通狀態(tài)電阻（RLRS），并展示了2000次循環(huán)的耐久性。其設(shè)備在高達(dá)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?。Ｋ麄冞€開(kāi)發(fā)了射頻毫米波開(kāi)關(guān)電路，在120 GHz的串聯(lián)-并聯(lián)配置中實(shí)現(xiàn)了超過(guò)35 dB的隔離。

該項(xiàng)目是一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目，涉及來(lái)自西班牙巴塞羅那自治大學(xué)（UAB）、沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）、美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、愛(ài)爾蘭Tyndall國(guó)家研究所和科克大學(xué)學(xué)院的研究人員。