革命性半導體技術問世！6G通訊即將迎來超級加速

英國布里斯托大學的研究團隊日前開發出突破性的SLCFETs電晶體結構，透過氮化鎵(GaN)材料的閂鎖效應，成功提升元件速度與功率表現，為6G通訊技術開創嶄新可能。

想像這樣的未來：自駕車完全解決塞車問題、在家就能即時獲得醫療診斷、甚至能跨洲感受親友的觸感。這些看似科幻的情節，隨著布里斯托大學主導的最新研究發表於《自然電子》期刊，正逐漸成為現實。

這些前瞻性應用都仰賴比現行網路快上許多的數據傳輸能力。為此，物理學家們開發出一種創新方法，可大幅提升多用戶間的數據傳輸速度，甚至具備全球規模應用的潛力。

研究共同主持人、布里斯托大學物理學教授Martin Kuball指出：「未來十年內，這些過去難以想像的科技將廣泛改變人類生活體驗。潛在效益包括遠距醫療診斷與手術、虛擬教室，甚至虛擬觀光旅遊等。」

此外，這項技術也能強化先進駕駛輔助系統提升行車安全，並推動工業自動化提升效率。6G應用的可能性幾近無限，唯一限制僅是人類的想像力。Kuball教授強調：「我們創新的半導體發現令人振奮，將加速推動這些發展。」

專家普遍認同，從5G邁向6G需要半導體技術、電路、系統及相關演算法的全面升級。以關鍵的無線射頻放大器為例，現行採用氮化鎵材料的元件必須顯著提升速度、功率及可靠性。

國際科學家團隊測試了一種新架構，大幅提升氮化鎵放大器的性能。這項突破源於發現氮化鎵的閂鎖效應，使射頻元件表現獲得重大改善。這些次世代元件採用平行通道設計，需使用寬度小於100奈米的側邊鰭片來控制電流。

共同主持人、布里斯托大學榮譽研究員Akhil Shaji博士說明：「我們與合作夥伴共同開發了超晶格城堡場效電晶體(SLCFETs)技術，其中超過1000個寬度小於100奈米的鰭片負責驅動電流。雖然SLCFETs已在W波段(75-110 GHz)展現最高性能，但其背後的物理機制原先並不明確。」

研究團隊為精確定位閂鎖效應發生位置，同步採用超高精度電測與光學顯微技術進行分析。在檢視超過1000個鰭片後，發現效應主要出現在最寬的鰭片上。

Kuball教授補充：「我們還開發了3D模擬模型驗證觀察結果。後續挑戰在於研究閂鎖效應的可靠性。長期測試顯示，此效應對元件可靠性與性能均無負面影響。我們發現關鍵在於每個鰭片周圍的超薄介電塗層。」

研究團隊下一步將著重提升元件功率密度，以實現更高性能與更廣泛應用。產業合作夥伴也將推動這項次世代技術商業化。

布里斯托大學研究人員在多領域的電子性能與效率提升方面處於領先地位。Kuball教授領導的「元件熱成像與可靠性中心」(CDTR)正開發淨零碳排、通訊與雷達技術所需的次世代半導體元件。