下一代半导体将助力6G交付

自动驾驶汽车可以消除交通拥堵，足不出户即可立即获得医疗诊断，或者感受到远在大洲另一端的亲人的触摸，这些听起来可能像是科幻小说里的东西。

但由布里斯托大学牵头并发表在《自然电子学》杂志上的一项新研究，由于半导体技术的根本性突破，可以使所有这一切以及更多目标更接近现实。

这些未来概念依赖于比现有网络更快的海量数据通信和传输能力。为此，物理学家开发了一种创新方法，可以加速数十名用户（可能遍布全球）之间的这一过程。

布里斯托大学物理学教授、该研究的共同主要作者马丁·库巴尔（Martin Kuball）表示：“未来十年内，那些以前几乎难以想象的技术将广泛普及，并将彻底改变人类的各项体验。其潜在的益处也十分深远，包括远程诊断和手术带来的医疗保健进步、虚拟教室，甚至虚拟假日旅游。”

此外，高级驾驶辅助系统在提升道路安全和工业自动化效率方面也拥有巨大潜力。6G 应用潜力无穷，唯有人类的想象力才能发挥其最大作用。因此，创新的半导体发现令人振奋，并将有助于快速、大规模地推动这些发展。

众所周知，从5G到6G的转变将需要半导体技术、电路、系统和相关算法的彻底升级。例如，其中涉及的主要半导体元件，也就是由一种名为氮化镓（GaN）的神奇导体制成的射频放大器，需要速度更快、功率更大、可靠性更高。

由国际科学家和工程师组成的团队测试了一种全新架构，将这些特殊的GaN放大器推向了前所未有的高度。这项成果源于GaN中发现的锁存效应，该效应释放了更强大的射频器件性能。这些下一代器件采用并行通道，因此需要使用亚100纳米侧鳍——一种控制流经器件电流的晶体管。

论文共同第一作者、布里斯托大学名誉研究员阿基尔·沙吉博士解释说：“我们与合作伙伴一起试行了一种名为超晶格城堡场效应晶体管（SLCFET）的设备技术，该技术中超过1000个宽度小于100纳米的鳍片有助于驱动电流。尽管SLCFET在W波段频率范围内（相当于75千兆赫至110千兆赫）表现出了最高的性能，但其背后的物理原理尚不清楚。”

“我们认识到这是 GaN 中的锁存效应，它能够实现高射频性能。”

研究人员随后需要同时使用超精密电测量和光学显微镜来精确定位这种效应发生的位置，以便进一步研究和理解。在分析了1000多个鱼鳍后，研究人员发现这种效应发生在最宽的鱼鳍上。

库巴尔教授同时也是英国皇家工程院新兴技术主席，他补充道：“我们还使用模拟器开发了一个3D模型，以进一步验证我们的观察结果。下一个挑战是研究闩锁效应在实际应用中的可靠性。对该器件进行了长期严格的测试，结果表明它不会对器件的可靠性或性能产生不利影响。”

“我们发现，推动这种可靠性的关键因素是每个鳍片周围都有一层薄薄的介电涂层。但主要的结论很明确——闩锁效应可以用于无数的实际应用，在未来几年里，这将以多种不同的方式改变人们的生活。”

研究人员的下一步计划包括进一步提高设备的功率密度，从而提供更高的性能并服务更广泛的用户。行业合作伙伴也将把此类下一代设备推向商业市场。

6G 预计将于 2030 年投入商用。6G 的早期研究和需求收集工作已经开始，并将与前几代产品一样，贯穿整个生命周期。6G 的规范制定和标准化工作定于 2025-2029 年进行。6G 的首次实验室测试和试点预计将于 2028 年开始，为 2030 年或附近的 6G 商业发布做好准备。

商用准备就绪的步骤包括在 2024-2025 年从 5G 转向 5G Advanced。 5G Advanced 以 3GPPRelease 18规范为基础，预计将于 2024 年中期定稿。3GPP Release 18 定稿后，大多数人预计 5G Advanced 网络和设备将在 2025 年的某个时间点投入商用。

3GPP 第 19 版预计将为 6G 奠定基础，预计完成日期为 2025 年底。未来的版本（包括第 20-22 版）将进一步完善 6G。虽然目前尚未正式公布后续版本的确切时间表，但以前的版本时间表显示，开发周期（不包括概念化或最终确定）约为 2 至 2.5 年。因此，大多数人预计 6G 将于 2030 年或 2030 年前后投入商用。