针对新兴6G需求的先进材料忆阻器

如果你刚刚从5G的炒作及其在架构、组件等方面的现实中恢复过来，可能不会有太多休息时间。为什么呢？原因在于来自学术界、工业界和标准制定组织的技术领导者已经在着手塑造下一代6G标准，这将进一步提高速度并提升频谱频率。

尽管6G的具体细节还没有出现，研究人员已经开始定义和调查一些可能需要的早期版本的组件。

忆阻器会成为主流吗？

6G的需求让我们想到了忆阻器。还记得它们吗？几年前，它们被大量宣传为加入电阻器、电容器和电感器三大被动器件的新型第四大被动器件，曾被认为是解决内存组件限制的解决方案。

那么，什么是忆阻器？它是一种非线性、两端电气组件，连接电荷与磁通量连结，最早于1971年由Leon Chua提出并命名，从而完成了电阻器、电容器和电感器这三大基础被动电气组件的理论四重奏。它们曾被认为是“下一个大事件”，但与隧道二极管类似，这并未真正实现。不过，它们可能会在其他特殊情况下取得成功（同样类似于隧道二极管），甚至可能用于AI处理器。

目前的现实是，忆阻器尚未占据重要位置，但也许现在还为时过早。正如Yogi Berra所言，“预测很难，尤其是关于未来的预测。” 我查阅了经典的“Gartner炒作周期”的最近几年，该周期将技术进步分为四个阶段（创新触发、期望膨胀的顶峰、幻灭低谷、启蒙的斜坡），但并未看到它们在任何阶段中出现。

显然，在系统载波频率上处理信号的信号阻断开关对于任何通信架构都是必不可少的。目前用于这些开关功能的最快元件是工作在数十千兆赫兹的绝缘体上硅MOSFET器件。然而，它们是易失性的，需要持续的电源来维持开启状态，这对系统级别来说是一个负担。

新型忆阻器开关将硅设备的工作频率提高一倍

为了解决这个问题，一个多大学研究团队开发了一种忆阻器开关，该开关在当前基于硅的设备工作频率的两倍频率下表现良好。它的频率范围高达120 GHz，并且无需施加恒定电压。

该新开关使用一种非易失性材料，称为六方氮化硼（hBN），其开启或关闭状态可通过施加电压脉冲而不是恒定控制电压来激活（与机械继电器类似的固态模拟）。最终结果是显著的能源节省。

此前，非常快速的开关是通过二维网络和hBN结合形成的表面来实验性开发的。通过这种配置，设备频率可以达到480 GHz，但仅能维持30个周期，因此实际上并无实际应用。

新设备使用相同的材料，但它被排列成多层叠加结构（总共12到18层），可以在260 GHz的频率下工作，并具有足够的稳定性以应用于电子设备中。

他们使用了一种增强导电性的方法，系统性地实现了低于10欧姆（最低为4.5欧姆）的低导通状态电阻（RLRS），并展示了2000次循环的耐久性。其设备在高达260 GHz的频率下表现出低于2 dB的损耗和高于30 dB的隔离度，截止频率为7 THz（从等效电路模型中提取）。他们还开发了射频毫米波开关电路，在120 GHz的串联-并联配置中实现了超过35 dB的隔离。

该项目是一个国际合作项目，涉及来自西班牙巴塞罗那自治大学（UAB）、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）、美国德克萨斯大学奥斯汀分校、爱尔兰Tyndall国家研究所和科克大学学院的研究人员。