微型忆阻型射频开关断电后仍可保持工作状态

信息来源：科技日报

科技日报记者：张佳欣

一种无需持续供电即可保持工作状态的微型忆阻型射频开关，由新加坡国立大学领导的国际研究团队开发。团队首次把它应用于可重新配置的单片微波集成电路（MMIC），实现对高频信号的调控。这项成果有望推动5G和6G射频芯片朝着尺寸更小、功耗更低的方向发展，相关成果已在新一期《自然》杂志发表。

在无线系统中，射频开关承担着“交通指挥员”的角色，既控制信号能否通过，也负责切换信号的传输路径。一个信号收发单元在2G通信系统中通常只需要4个射频开关，但在5G和未来6G系统中，需求量可能达到50个，甚至超过100个。大量开关一旦集成进芯片，便容易带来芯片面积扩大、成本上升以及能耗增加等问题。

针对这一问题，团队把具备“记忆”能力的忆阻型射频开关引入通信芯片。不同于传统射频开关，这类器件通过改变自身电阻状态来控制信号传输；即使断电，原有状态也能继续保持，因此维持配置不需要持续供电。

这种开关由研究团队采用二维材料六方氮化硼（hBN）制成：厚度约8纳米的hBN薄膜夹在两层金电极之间。短暂电脉冲施加后，hBN内部的纳米尺度导电通道会形成或断裂，进而使器件电阻状态发生改变。即便电脉冲结束，该状态依然可以维持，由此赋予开关“记忆”能力。

研究显示，单个hBN开关尺寸仅为2微米×2微米，而传统射频开关占用面积至少约0.1平方毫米，是hBN开关的2.5万倍。团队将hBN忆阻型射频开关集成到商用氮化镓芯片平台，并进一步实现了在可重新配置MMIC中的应用。测试结果表明，该器件可在最高100吉赫兹频率范围内工作，覆盖5G使用频段以及未来6G探索频段。其中，性能最佳的串联开关信号损耗仅为0.3分贝。

团队进一步把该器件用于衰减器、功率分配器、滤波器等实际射频电路。滤波器由此实现6吉赫兹频率调节，这表明该器件不仅能以功能单元形式运行，也可以完成完整的射频电路功能。

研究团队下一步将探索在氮化镓芯片上直接生长hBN材料，以简化制造流程；同时通过改进电极结构与芯片表面处理，提升器件寿命。此外，团队还计划借助计算模型设计规模更大的电路，并在实际制造之前预测其性能。